혁신적이고 저렴하며 친환경적인 속도 충전 배터리의 미래: 무음극 나트륨 고체 전지 연구 발표

Seoul시카고 대학 프리츠커 분자공학과와 UC 샌디에이고의 연구진이 배터리 기술에서 큰 진전을 이루었습니다. Y. 셜리 멍 교수가 이끄는 팀은 최초로 음극이 없는 나트륨 고체 전해질 배터리를 만들어냈습니다. 이 새로운 배터리는 나트륨이 리튬보다 흔하고 저렴하기 때문에 리튬 이온 배터리보다 더 친환경적이고 경제적입니다. 또한, 충전 속도가 빠르며 전기차 및 그리드 저장 시스템의 비용을 줄일 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

전통적인 리튬 이온 배터리는 여러 문제점을 가지고 있습니다.

리튬은 자원이 풍부하지 않기 때문에 비용이 많이 듭니다. 리튬을 추출하는 과정은 환경에 악영향을 미칩니다. 세계 대부분의 리튬은 몇몇 지역에만 집중되어 있습니다.

나트륨은 더 흔하고 환경 친화적입니다. 이는 바닷물과 소다회 채굴에서 얻을 수 있습니다. 이러한 특성 덕분에 나트륨은 광범위하게 사용하기에 적합합니다. 연구팀의 혁신은 기존 배터리의 문제도 해결합니다.

일반적인 배터리에서는 이온이 음극에서 전해질이라는 유체를 거쳐 양극으로 이동합니다. 무음극 배터리는 음극을 제거하고 이온을 직접 전류 집합체에 저장합니다. 이 설계는 에너지 저장을 증가시키고 비용을 절감할 수 있지만, 전해질과 전류 집합체 간의 연결을 잘 유지해야 하는 과제도 있습니다.

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액체 전해질은 접촉 문제를 해결하지만, 시간이 지남에 따라 배터리 효율을 떨어뜨리는 고체 전해질 계면이라는 축적을 일으킬 수 있습니다. 반면에 고체 전해질은 이러한 문제를 피하지만 접촉이 좋지 않습니다. 연구자들은 알루미늄 분말로 만든 새로운 전류 집전체를 사용하여 이 문제를 해결했습니다. 이 분말은 높은 압력 하에 단단히 눌러지며, 처음에는 부드럽지만 차츰 고체가 됩니다. 이는 전해질과의 우수한 접촉을 보장하고, 배터리의 효율적인 사이클링을 가능하게 합니다.

그 팀의 새로운 배터리 설계는 수백 번의 사용에도 잘 작동하여, 미래의 에너지 저장에 대해 희망적이다. 그 연구의 주저자인 UC 샌디에이고의 박사 과정 학생 그레이슨 데이셔는 나트륨, 고체 상태, 무전극 아이디어가 성공적으로 결합된 것은 이번이 처음이라고 강조했다. 이는 네이처 에너지에 실린 연구에서 밝혀졌다.

새로운 나트륨 고체 배터리는 더 많은 배터리를 생산하는 데 중요한 역할을 합니다. 이는 화석 연료 사용에서 재생 가능 에너지로의 전환을 돕습니다. 멩 교수는 미국의 한 시간을 위한 전력을 공급하려면 1테라와트시의 에너지가 필요하다고 말했습니다. 지속 가능한 에너지의 미래를 위해서는 수백 테라와트시의 배터리가 필요합니다. 이 새로운 배터리는 그러한 계획의 핵심 요소입니다.

연구자 멩과 데이셔는 그들의 연구에 대해 특허를 출원했습니다. 그들은 다양한 깨끗하고 저렴한 배터리 옵션이 있는 미래를 상상하고 있습니다. 그들의 연구는 혁신적 파트너십 보조금을 통해 미 국립과학재단의 지원을 받았습니다. 이 발전은 보다 지속 가능하고 효율적인 에너지 저장을 만들어 환경과 경제 모두에 유익할 것으로 보입니다.