산소 이온 배터리

리튬 이온 배터리는 오늘날 전기 자동차에서 스마트폰에 이르기까지 어디에나 있습니다. 그러나 이것이 모든 응용 분야에 가장 적합한 솔루션이라는 의미는 아닙니다. TU Wien은 이제 몇 가지 중요한 이점이 있는 산소 이온 배터리를 개발하는 데 성공했습니다. 리튬 이온 배터리만큼 높은 에너지 밀도를 허용하지는 않지만 저장 용량은 시간이 지남에 따라 영구적으로 감소하지 않습니다. 재생될 수 있으므로 매우 긴 수명이 가능할 수 있습니다.

또한 산소이온전지는 희소원소 없이도 생산이 가능하며 불연성 물질로 만들어진다. 새로운 배터리 아이디어에 대한 특허 출원은 이미 스페인의 협력 파트너와 함께 제출되었습니다. 산소 이온 배터리는 예를 들어 재생 가능한 소스의 전기 에너지를 저장하는 대규모 에너지 저장 시스템을 위한 탁월한 솔루션이 될 수 있습니다.

새로운 솔루션으로서의 세라믹 소재

TU Wien의 화학 기술 및 분석 연구소의 Alexander Schmid는 “우리는 꽤 오랫동안 연료 전지에 사용할 수 있는 세라믹 재료에 대해 많은 경험을 가지고 있습니다.”라고 말했습니다. “그것은 우리에게 그러한 물질이 배터리를 만드는 데에도 적합한지 조사할 수 있는 아이디어를 주었습니다.”

TU Wien 팀이 연구한 세라믹 재료는 이중 음전하를 띤 산소 이온을 흡수하고 방출할 수 있습니다. 전압이 가해지면 산소 이온이 한 세라믹 재료에서 다른 세라믹 재료로 이동한 후 다시 다시 이동하여 전류를 생성할 수 있습니다.

“기본 원리는 실제로 리튬 이온 배터리와 매우 유사합니다.”라고 Jürgen Fleig 교수는 말합니다. “그러나 우리 재료에는 몇 가지 중요한 이점이 있습니다.” 세라믹은 가연성이 아니므로 리튬 이온 배터리에서 반복적으로 발생하는 화재 사고는 실질적으로 배제됩니다. 또한 값이 비싸거나 환경적으로 유해한 방식으로만 추출할 수 있는 희귀 원소가 필요하지 않습니다.

“이 점에서 세라믹 재료의 사용은 매우 잘 적용될 수 있기 때문에 큰 이점이 있습니다.”라고 Tobias Huber는 말합니다. “얻기 어려운 특정 요소를 다른 요소로 비교적 쉽게 대체할 수 있습니다.” 배터리 프로토타입은 여전히 ​​란타늄을 사용합니다. 란탄은 정확히 희귀하지는 않지만 완전히 흔하지도 않은 원소입니다. 그러나 란타늄도 더 저렴한 것으로 대체될 것이며 이에 대한 연구가 이미 진행 중입니다. 많은 배터리에 사용되는 코발트나 니켈은 전혀 사용하지 않습니다.

높은 수명

그러나 아마도 새로운 배터리 기술의 가장 중요한 이점은 잠재적인 수명일 것입니다. Alexander Schmid는 “많은 배터리에서 어느 시점에서 전하 캐리어가 더 이상 움직일 수 없는 문제가 있습니다”라고 말합니다. “그러면 더 이상 전기를 생성하는 데 사용할 수 없으며 배터리 용량이 감소합니다. 많은 충전 주기가 지나면 심각한 문제가 될 수 있습니다.”

그러나 산소 이온 배터리는 아무 문제 없이 재생될 수 있습니다. 부반응으로 인해 산소가 손실되면 주변 공기의 산소로 손실을 간단히 보상할 수 있습니다.

새로운 배터리 개념은 스마트폰이나 전기 자동차를 위한 것이 아닙니다. 산소 이온 배터리는 리튬 이온 배터리에서 사용되는 에너지 밀도의 약 1/3만 달성하고 200~400°C의 온도에서 작동하기 때문입니다. 그러나이 기술은 에너지 저장에 매우 흥미 롭습니다.

“예를 들어 태양열이나 풍력 에너지를 일시적으로 저장하기 위해 대형 에너지 저장 장치가 필요한 경우 산소 이온 배터리가 탁월한 솔루션이 될 수 있습니다.”라고 Alexander Schmid는 말합니다. “건물 전체를 에너지 저장 모듈로 가득 채울 경우 낮은 에너지 밀도와 높은 작동 온도는 결정적인 역할을 하지 않습니다. 하지만 거기에서 우리 배터리의 강점이 특히 중요합니다: 긴 서비스 수명, 대량 생산 가능성 희귀 요소가 없는 이러한 재료의 양과 이 배터리에 화재 위험이 없다는 사실.”

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/03/230322104509.htm