원격 환경에서 전기를 수집하고 저장하는 새로운 유형의 배터리
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유타대학교 공과대학 과학자들은 광전기화학전지(PEC)라고 불리는 새로운 유형의 배터리를 개발했습니다. PEC는 주변 온도 변화를 활용하여 에너지를 수집하고 저장합니다. 자체적으로 충전되며 ' 사물 인터넷 ' 애플리케이션 에 사용될 수 있습니다 .
기계공학부 부교수인 Roseanne Warren은 “주변 열 에너지를 수확하고 이를 사물 인터넷용 애플리케이션을 통해 슈퍼커패시터나 배터리 형태로 저장된 전기화학 에너지로 직접 변환하고 분산시킬 수 있는 통합 장치에 대한 우리의 아이디어입니다. 센서.”
“우리는 매우 낮은 수준의 에너지 수확에 대해 이야기하고 있지만 가장 큰 장점은 분산이 가능하고 현장에서 재충전할 필요가 없는 센서를 보유할 수 있다는 것입니다. 우리는 그것의 기본적인 물리학을 조사한 결과 온도가 증가하거나 감소함에 따라 전하를 생성할 수 있다는 것을 발견했습니다.”
PEC를 고안하기 위해 과학자들은 전기화학 전지의 분리막으로 초전성 복합 재료를 사용했습니다. 이 소재는 다공성 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)와 티탄산바륨 나노입자로 만들어졌습니다. 가열되거나 냉각되면 재료의 전기적 특성이 변하여 초전 분리기의 분극이 감소하거나 증가합니다.
온도 변화는 세포에 전기장을 생성하여 이온을 밀어내고 세포가 에너지를 저장할 수 있게 합니다.
Warren 연구실의 대학원생인 수석 저자 Tim Kowalchik은 다음과 같이 말했습니다. “이는 전기 이중층에 전기를 저장하며, 이는 이온의 양이온 및 음이온 층에 전하를 저장합니다. 이것은 영광스러운 커패시터입니다. 시스템을 가열 및 냉각하고 전기화학 에너지를 저장하면 해당 층의 양이온 또는 음이온의 양이 변경됩니다.”
초전기화학(PEC) 셀은 열 에너지를 전기로 변환하고 저장하는 장치입니다. 사진 제공: Brian Maffly
“우리는 논문에 '방향 효과'를 포함하는 예측된 기능 모델을 가지고 있었습니다. 셀에 있는 분리기의 반대 방향을 변경하면 이온이 다른 방향으로 이동해야 합니다. 이는 우리가 수집할 수 있는 다른 결과를 보여줄 수 있는 시스템의 변화입니다.”
실험 중에 과학자들은 세포가 예상대로 반응할지 여부를 결정했습니다. 방향 효과 외에도 가열 및 냉각 효과를 테스트해야 했습니다.
Kowalchik은 “한 방향으로만 가열하면 어떤 일이 일어나야 합니다. 먼저 식히면 뭔가 다른 일이 일어나게 될 것입니다. 우리는 전류측정법이라는 프로세스를 통해 이를 수행했습니다. 여기에 전압을 가하고 일정하게 유지한 후 전류를 측정합니다. 아무것도 변하지 않으면 시스템에 들어가는 에너지는 일정합니다. 에너지가 시스템에 들어가면 전류가 변합니다.”
세포는 이론대로 반응했습니다. 이제 과학자들은 상용화를 기대하고 있습니다. 이를 위해 그들은 에너지 수확 및 저장을 개선하기 위해 다양한 매개변수를 변경하기 시작했습니다.