바다 갈조류 추출물질, 리튬 배터리를 대체할 나트륨 배터리 개발

 

 

과학자들은 바다 갈조류에서 추출한 셀룰로오스에서 추출한 나노 물질을 사용하여 전하 수집기를 위한 매우 강력하고 새로운 유형의 분리기를 개발했습니다. 영국 브리스톨 대학의 연구원 그룹이 수행한 이 연구는 리튬 이온 배터리보다 더 친환경적이고 경제적인 에너지 저장 장치 설계의 시작을 표시합니다. 

 

리튬, 코발트, 니켈, 망간과 같은 희소 광물은 오늘날 널리 사용되는 리튬 이온 배터리를 생산하기 위해 대량으로 채굴됩니다. 따라서 과학자들은 여전히 ​​나트륨 이온 배터리와 같은 이러한 유형의 배터리를 대체할 수 있는 대안을 만드는 방법을 찾고 있습니다. 영국 연구원들은 Advanced Materials 저널에 "이론적으로 고용량의 쉽게 구할 수 있는 나트륨은 에너지 저장 시스템의 양극 재료로서 리튬보다 비용 효율적이고 고용량을 대체할 수 있는 대안입니다."라고 썼습니다.

 

1165밀리암페어시/mAh/의 이론 용량을 가진 나트륨 금속 배터리는 가장 저렴하고 효율적인 에너지 저장 시스템 중 하나입니다. 그러나 배터리 설계 및 개발의 주요 문제 중 하나는 나트륨의 단단한 "가시"인 수상돌기가 성장하여 두 전극 사이의 절연막을 관통하여 단락을 생성한다는 것입니다. 또 다른 단점은 사용 시간입니다. 특히 충방전 주기를 결정하는 전기화학 반응의 속도는 리튬 배터리에 비해 훨씬 느리다. 2차 반응이 일어나면서 전해질이 고갈되어 배터리의 에너지 용량이 손실됩니다. 따라서 연구자들은 두 가지 문제에 대한 해결책을 찾고 있습니다.

 

조류에서 추출한 셀룰로오스 나노결정

배터리 절연체의 기능은 시스템의 기능적 부분(양전하와 음전하 끝)을 분리하고 무료 전하 이동을 허용하는 것이라고 Bristol Institute의 복합 재료 박사 과정 학생이자 신기술 개발의 창시자인 Xin Wang은 설명합니다. 연구.

 

 

임페리얼 칼리지(Imperial College) 및 런던 유니버시티 칼리지 런던(University College London)과 협력하여 브리스톨 대학교(University of Bristol)의 이전 연구를 바탕으로 연구팀은 갈조류에서 추출한 셀룰로오스 나노물질로 단열재를 만들었습니다. 따라서 위에서 언급한 문제를 해결할 수 있는 기회가 있습니다. 특히, 이러한 나노 물질을 포함하는 섬유는 나트륨 전극의 결정이 분리막으로 들어가는 것을 보호할 뿐만 아니라 충전기의 용량을 증가시키고 효율성을 향상시킵니다.

 

새로운 분리막을 만들기 위해 해조류에서 추출한 직경 10나노미터와 길이 200나노미터의 셀룰로오스 나노입자로 폴리에테르이미드 섬유를 매립했습니다. 이 합성물은 매우 얇고 하전된 섬유로 전기방사됩니다. 이러한 와이어의 도움으로 더 내구성 있는 분리기를 만들 수 있습니다. 일반적으로 셀룰로오스 나노 입자는 목재 및 아마와 같은 다른 재료에서도 추출할 수 있습니다. 그러나 조류 유래 나노결정은 길이가 더 긴 장점이 있다. 그 결과 휴대전화와 같은 기기의 주요 동력원인 나트륨 배터리의 수명이 훨씬 길어질 것이라고 왕 연구원은 말했다. 

 

더 깨끗하고 지속 가능한 에너지 저장

대칭형 전지의 고전류 밀도(1 및 3mA/cm2에서 1000회 이상, 5mA/cm2에서 700회 이상)에서 탄산염 전해질의 사이클 속도는 그 어느 때보다 길어졌습니다. 테스트 결과 이 ​​배터리는 장기간 안정성이 있으며 1,000회 주기 동안 높은 에너지 밀도를 유지할 수 있음이 밝혀졌습니다. 

 

연구 결과 과학자들은 생산 과정에서 보다 환경 친화적인 나트륨 배터리를 설계할 수 있음을 확인했다. 브리스톨에 있는 복합 재료 연구소(Institute of Composite Materials)의 연구 책임자인 스티브 아이크혼(Steve Eichhorn)은 "우리의 실험은 보다 친환경적이고 환경에 해를 끼치지 않으며 에너지를 절약하는 에너지 저장 방법이 있음을 보여주었다"고 말했습니다. 그러나 은백색 금속인 리튬은 칠레, 볼리비아, 아르헨티나 등의 나라에서 매우 열악한 조건에서 많은 물을 사용하여 채굴되며 환경을 많이 오염시킨다.

 

 

동시에 전 세계는 화석연료를 최대한 버리고 배터리를 선호하고 있다. 그러나 배터리 생산에 널리 사용되는 리튬은 무진장 자원이 아닙니다! 미래에 리튬이 부족할 것이 이미 분명하기 때문에 신뢰할 수 있고 안정적인 소스를 찾는 것이 필요합니다. 그러나 새로운 유형의 분리기를 만드는 데 사용될 나트륨과 갈조류는 해수에서 쉽게 추출할 수 있습니다. 

 

영국 과학자들의 연구는 지속 가능하고 저렴하며 안전한 나트륨 배터리의 길을 열었으며 연구자들은 EL 방법을 사용하여 리튬 및 나트륨 이외의 다른 알칼리 금속 기반 배터리를 만들 수 있다고 믿습니다.

B. 아디아쿠, 출처: New-Science.ru