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양극이 없는 아연 배터리는 언젠가 재생 에너지의 대규모 저장을 제공할 수 있습니다

2021-06-16
주제:
미국 화학 학회, 배터리 기술, 에너지, 나노 기술, 배터리
미국 화학 학회 2021년 1월 20일



풍력 및 태양열 발전과 같은 재생 가능한 에너지원은 화석 연료에 대한 세계의 의존도를 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 그러나 먼저 전력 회사는 나중에 사용할 수 있도록 에너지를 저장하는 안전하고 비용 효율적인 방법이 필요합니다. 대용량 리튬 이온 배터리가 작업을 수행할 수 있지만 안전 문제와 제한된 리튬 가용성으로 인해 어려움을 겪고 있습니다. 이제 ACS의 Nano Letters에 보고된 연구원들은 저렴하고 자연적으로 풍부한 재료를 사용하는 양극이 없는 아연 기반 배터리의 프로토타입을 만들었습니다.

수성 아연 기반 배터리는 안전성과 높은 에너지 밀도로 인해 그리드 규모의 에너지 저장을 위해 이전에 탐색되었습니다. 또한 그것을 만드는 데 사용되는 재료는 자연적으로 풍부합니다. 그러나 지금까지 개발된 아연 2차 전지는 아연을 많이 함유하고 있어 두꺼운 아연 금속 음극을 필요로 하여 비용을 증가시켰다. 또한, 양극은 배터리를 단락시킬 수 있는 덴드라이트(충전 중에 양극에 침착되는 아연 금속의 결정 돌기)를 형성하는 경향이 있습니다. Yunpei Zhu, Yi Cui, Husam Alshareef는 아연 양극이 정말로 필요한지 궁금했습니다. 연구원들은 "양극이 없는" 리튬 및 나트륨 금속 배터리에 대한 이전 탐사에서 영감을 받아 아연이 풍부한 음극이 구리 집전체에 아연 도금을 위한 유일한 소스인 배터리를 만들기로 결정했습니다.



양극이 없는 Zn-MnO2 배터리. 크레딧: 나노 레터스.

그들의 배터리에서 연구원들은 아연 이온, 수성 아연 트리플루오로메탄술포네이트 전해질 용액 및 구리 호일 집전체로 사전 삽입된 이산화망간 음극을 사용했습니다. 충전 중에는 아연 금속이 동박에 도금되고 방전 중에는 금속이 벗겨져 배터리에 전원을 공급하는 전자가 방출됩니다. 덴드라이트가 형성되는 것을 방지하기 위해 연구원들은 구리 집전체를 탄소 나노디스크 층으로 코팅했습니다. 이 층은 균일한 아연 도금을 촉진하여 덴드라이트를 방지하고 아연 도금 및 박리 효율을 높였습니다. 배터리는 80회 충방전 후에도 62.8%의 저장 용량을 유지하면서 고효율, 에너지 밀도 및 안정성을 보였다. 애노드가 없는 배터리 설계는 에너지 저장 시스템에서 수성 아연 기반 배터리를 사용하는 새로운 방향을 제시한다고 연구원들은 말합니다.

참조: Yunpei Zhu, Yi Cui 및 Husam N. Alshareef의 "An Anode-Free Zn"MnO2 Battery", 2021년 1월 20일, Nano Letters.
DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c04519

저자는 King Abdullah University of Science and Technology의 자금 지원을 인정합니다.