연구원들이 새로운 티타늄을 성공적으로 테스트했습니다.

금속-공기 배터리는 저전력 전자 장치에서 대규모 응용 분야에 이르기까지 유망한 에너지 저장 장치로서 중요한 개발 라인 중 하나입니다. 이 배터리는 매우 높은 이론적 에너지 밀도, 환경 친화성, 비용 효율성 및 안전성을 제공할 것을 약속합니다.

금속공기전지의 다양한 양극 후보 중에서 주로 아연, 알루미늄, 철, 실리콘이 연구의 초점이 되어 왔다. 반면, 티타늄은 활물질로 간주되기가 쉽지 않으며 실험 결과도 아직 나오지 않았습니다.

이제 Forschungszentrum Jülich의 연구원들은 새로운 티타늄-공기 배터리(Ti-공기 배터리)를 성공적으로 개발하고 실험실 테스트를 수행했습니다. 배터리는 하이파에 있는 Technion – Israel Institute of Technology의 연구원들과 협력하여 개발되었습니다.

금속공기전지는 컴팩트한 크기가 중요한 응용 분야와 저비용, 일반 및 무독성 재료를 사용하는 대규모 고정식 저장 시스템에 특히 적합합니다. 티타늄은 고가의 소재로 알려져 있지만 재료비 측면에서는 리튬보다 훨씬 저렴하지만 알루미늄보다는 가격이 비싸다. 금속은 지각에서 9번째로 가장 많이 발생하는 물질이므로 이용 가능한 자원도 그에 맞춰 풍부합니다.

또한 티타늄은 각 원자가 전하 이동을 위해 최대 4개의 전자를 기증할 수 있으면서도 상대적으로 가볍고 저항성이 매우 높기 때문에 전기 저장 재료로 관심을 끌고 있습니다.

새로운 비수성 1차 Ti-공기 배터리에서 연구원들은 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 올리고플루오로하이드로게네이트(EMIm(HF)2.3F) 실온 이온 액체를 적용하여 전기 에너지 저장을 위한 전기화학적 잠재력을 활용하는 데 성공했습니다. 이온성 액체는 비정형적이고 매우 낮은 융점을 갖는 염으로 구성되며, 특수한 전기적 및 재료적 특성으로 인해 다양한 응용 분야에 사용됩니다.

이론적으로 티타늄-공기 배터리는 오늘날 보청기, 제어 모듈 및 센서의 표준 버튼 셀로 사용되는 아연-공기 배터리보다 에너지 밀도가 2~3배 더 높습니다. 티타늄-공기 배터리의 이론적으로 달성 가능한 전압은 아연-공기 배터리와 비슷한 범위에 있습니다. 실험에서 Ti-공기 배터리는 최대 0.75mA cm-2의 비교적 높은 방전 전류와 최대 1.2V의 평균 셀 전압에서 성공적으로 작동하여 최대 66mAh cm-2의 방전 용량을 생성할 수 있었습니다.

연구원들은 잠재력이 최대로 발휘되면 이러한 금속 배터리는 방전 중에 4개의 전자가 전달되는 유일한 금속이 될 수 있는 독특한 잠재력을 보유한다고 말합니다.

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