연구팀, 알루미늄 이온 배터리 화학의 새로운 표준 설정

[이매진]

연구팀, 알루미늄 이온 배터리 화학의 새로운 표준 설정

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Research Team Sets New Standard In Aluminum Ion Battery Chemistry | OilPrice.com

• 연구팀은 페노티아진 기반의 유기 산화환원 고분자로 양극 물질을 개발했는데, 이는 기존 배터리에 사용되는 흑연의 용량을 능가하는 167mAh/g의 기록적인 용량을 입증했다.
• 알루미늄 이온 배터리는 높은 충전 및 방전 속도로 5,000번의 충전 주기 후에도 여전히 용량의 88%를 유지할 수 있어 잠재적인 수명과 효율성을 나타냅니다.
• 풍부한 자연, 저렴한 비용 및 리튬에 비해 알루미늄의 안전한 취급을 고려할 때 이러한 발전은 잠재적으로 리튬 시장의 수요 압력을 완화할 수 있습니다.

프라이부르크 대학이 이끄는 팀은 이제 알루미늄 이온 배터리 화학에 대한 큰 진전을 제공할 수 있습니다.  알루미늄 이온  배터리는  리튬과 같이 희소하고 재활용하기 어려운 원료를 사용하는 기존 배터리의 유망한 대안으로 간주됩니다. 이는 알루미늄이 지각에서 가장 흔한 원소 중 하나이고 재활용하기 쉽고 리튬보다 안전하고 저렴하기 때문입니다.

결과는 에너지 및 환경 과학 저널에 오픈 액세스로 게재되었습니다.

배터리의 개략도는 전극 물질이 산화되고 알루미네이트 음이온이 증착되는 산화환원 공정을 보여줍니다. 이미지 제공: 프라이부르크 대학의 Birgit Esser. 큰 이미지 다운로드 파일에 대한 링크를 보려면 연구 보고서 링크를 클릭하십시오.

그러나 이러한 알루미늄 이온 배터리의 개발은 아직 초기 단계에 있으며 충분한 저장 용량을 제공하는 적절한 전극 재료가 아직 부족합니다. Gauthier Studer가 이끄는 울름 대학의 Dr. Birgit Esser 교수와 Dr. Ingo Krossing 교수 및 Freiburg 대학의 Anna Fischer 교수가 이끄는 연구팀은 이제 다음으로 구성된 양극 재료를 개발했습니다. phenothiazine을 기본으로 한 유기 산화환원 중합체.

실험에서, 이 전극 재료를 사용한 알루미늄 배터리는 이전에 도달하지 못한 그램당 167밀리암페어 시간(mAh/g)의 용량을 저장했습니다. 따라서 유기 레독스 폴리머는 지금까지 배터리의 전극 재료로 주로 사용된 흑연의 용량을 능가합니다.

복합 알루미늄 음이온을 삽입한 전극 소재

 전극 물질은 배터리 충전 중에 산화되어 복잡한 알루미네이트 음이온을 흡수합니다. 이러한 방식으로, 유기 산화환원 중합체 폴리(3-비닐-N-메틸페노티아진)은 충전하는 동안 두 개의 [AlCl4]- 음이온을 가역적으로 삽입합니다. 연구진은 염화알루미늄을 첨가한 이온성 액체 에틸메틸이미다졸륨 클로라이드를 전해질로 사용했다.

Gauthier Studer는 “알루미늄 배터리 연구는 미래 에너지 저장 시스템에 대한 큰 잠재력을 가진 흥미로운 연구 분야입니다. 우리의 초점은 고성능 및 가역 특성을 나타내는 새로운 유기 산화환원 활성 물질을 개발하는 데 있습니다. 클로로알루미네이트 기반 이온성 액체에서 폴리(3-비닐-N-메틸페노티아진)의 산화환원 특성을 연구함으로써 우리는 페노티아진 기반 전극 재료에 대한 가역적 2전자 산화환원 공정을 최초로 시연함으로써 상당한 돌파구를 마련했습니다. ”

10C에서 5,000회 충전한 후 배터리는 용량의 88%를 유지합니다.

 폴리(3-비닐-N-메틸페노티아진)은 0.81 및 1.65볼트의 전위에서 [AlCl4]- 음이온을 증착하고 최대 167mAh/g의 비용량을 제공합니다. 반면 알루미늄 전지에서 전극 소재인 흑연의 방전 용량은 120mAh/g이다. 연구팀이 제시한 배터리는 5000회 충전 후에도 10℃, 즉 6분의 충방전 속도에서 용량의 88%를 유지한다. 더 낮은 C 속도, 즉 더 긴 충전 및 방전 시간에서 배터리는 원래 용량으로 변경되지 않은 상태로 돌아갑니다.

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5,000주기는 놀라운 숫자이며, 그것은 정말 빠른 충전 및 방전 속도처럼 보입니다.

작동 전압과 용량은 높은 흥분을 불러일으키는 것이 아니지만 많은 응용 분야에서 이 기술을 사용하고 리튬 시장의 압력을 받을 수 있습니다.

휴대 전화와 같은 전원 요구 사항을 수행하는 것 외에 이 기술은 더 많은 연구가 필요합니다.

New Energy and Fuel을 통해 Brian Westenhaus 작성