연구원들은 새로운 티타늄을 테스트합니다.

Forschungszentrum Jülich의 과학자들은 하이파에 있는 Technion - Israel Institute of Technology의 연구원들과 협력하여 새로운 티타늄/order_t/'>티타늄-공기 배터리를 개발하고 성공적으로 실험실 테스트를 수행했습니다. 티타늄을 활물질로 사용한 전지의 실험 결과가 공개된 것은 이번이 처음이다. 금속은 각 원자가 전하 이동을 위해 최대 4개의 전자를 제공할 수 있으면서도 상대적으로 가볍고 저항성이 매우 높기 때문에 전기 저장 재료로 관심을 끌고 있습니다.

티타늄공기전지

연구센터 Jülich / Ralf-Uwe Limbach

티타늄-공기 배터리의 스케치

연구센터 Jülich / Marcel Kaltenberg

티타늄은 수동적이고 안정적인 재료로 알려져 있습니다. 연구진은 EMIm(HF)2.3F라는 이온성 액체를 적용해 전기화학적 잠재력을 전기 에너지 저장에 활용하는 데 성공했다. 이온성 액체는 비정형적이고 매우 낮은 융점을 갖는 염으로 구성되며, 특수한 전기적 및 재료적 특성으로 인해 다양한 응용 분야에 사용됩니다.

티타늄-공기 배터리는 이론적으로 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. 실험에서는 최대 1.2V의 평균 셀 전압과 최대 0.75mA cm-2의 상대적으로 높은 방전 전류를 측정할 수 있었습니다.

금속-공기 배터리에는 함유된 금속이 공기 중의 산소와 반응하여 전기 에너지를 방출합니다. 따라서 이러한 유형의 배터리는 두 반응 파트너 중 하나인 산소가 특수 전극을 통해 주변 공기에서 얻어지고 배터리에 보관할 필요가 없기 때문에 배터리 중에서 특별한 위치를 차지합니다. 따라서 적어도 이론적으로는 이러한 시스템을 사용하면 일반적인 배터리 유형보다 훨씬 더 높은 에너지 밀도를 실현할 수 있습니다.

이러한 이유로 금속공기전지는 소형 크기가 중요한 응용 분야에 특히 적합합니다. 또 다른 잠재적 응용 분야는 저비용, 일반 및 무독성 재료를 사용하는 대규모 고정식 저장 시스템입니다. 예를 들어 티타늄은 고가의 소재로 알려져 있지만 재료비 측면에서는 리튬보다 훨씬 저렴하지만 알루미늄보다는 가격이 비싸다. 티타늄은 지각에서 9번째로 가장 많이 발생하는 물질이므로 이용 가능한 자원이 그에 상응하여 풍부합니다.

금속공기전지용 음극재인 아연, 알루미늄, 철, 실리콘공기전지용 실리콘 등이 주요 연구 대상이다. 반면, 티타늄은 활물질로 거의 고려되지 않았으며 아직 실험 결과도 나오지 않았습니다.

새로운 배터리 개념의 개발은 Rüdiger-A 교수가 이끄는 Jülich 에너지 및 기후 연구 연구소(IEK-9)의 Yasin Emre Durmus 박사 간의 긴밀한 협력을 통해 수행되었습니다. Forschungszentrum Jülich, Technion 및 RWTH Aachen University 간의 Umbrella Cooperation의 일환으로 IEK-9에서 7개월 간의 안식년을 보낸 Technion의 Eichel 및 Yair Ein-Eli 교수.

야신 엠레 두르무스, 마르셀 칼텐베르크, 크시슈토프 지에시올, 막시밀리안 샬렌바흐, 대니 겔만, 보리스 슈바르체프, 헤르만 템펠, 한스 쿵글, 뤼디거-A. 아이첼, 야이르 에인-엘리; 금속의 부동태 벽 허물기: Exempli gratia 비수성 Ti-공기 배터리: Chemical Engineering Journal, Volume 461, 2023

새로운 배터리 기술은 에너지 저장 비용을 크게 줄일 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

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야신 엠레 두르무스, 마르셀 칼텐베르크, 크시슈토프 지에시올, 막시밀리안 샬렌바흐, 대니 겔만, 보리스 슈바르체프, 헤르만 템펠, 한스 쿵글, 뤼디거-A. 아이첼, 야이르 에인-엘리; 금속의 부동태 벽 허물기: Exempli gratia 비수성 Ti-공기 배터리: Chemical Engineering Journal, Volume 461, 2023