소금물이나 일반 물로 충전되는 축전지

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-01-21

후지 피그먼트(Fuji Pigment)사는 소금물이나 일반 물로 리필하여 충전될 수 있고 더 긴 수명시간을 보장하는 변경된 구조를 가진 새로운 형태의 알루미늄-공기 축전지 개발에 성공했다고 발표했다. 화석연료의 고갈과 화석연료 연소로 인한 대기오염 덕분에, 우리의 미래 에너지 공급용으로 재생가능한 클린 연료 대체물이 시급히 필요하다. 산업화된 충전용 리튬-이온 축전지가 휴대전화기, 랩톱 컴퓨터 그리고 이와 비슷한 전자장치에 광범위하게 사용되지만, 그들이 가진 에너지 밀도는 경제적인 비용에서 전기자동차에 사용되기에는 여전히 불충분하다. 최근에 연구진들이 직면한 가장 높은 수준의 에너지 저장 기술은 금속-공기 축전지이다. 리튬, 철, 알루미늄, 마그네슘 그리고 아연-공기 등과 같은 명 가지의 금속-공기 축전지가 검토되어 왔는데, 그 이유는 그들이 가진 유망한 에너지 밀도의 가능성 때문이다. 이것들 중에 알루미늄은 에너지 저장과 변환용으로 사용될 지구상에 풍부하고 매력적인 애노드 물질인데, 그 이유는 이것이 가진 높은 비용량(specific capacity)과 높은 표준 음극의 가능성 때문이다. 추가로, 알루미늄은 세계에서 가장 재활용이 잘되는 금속이며 경제적인 측면에서 저렴하다. 알루미늄-공기 축전지는 이론적인 비용량 수준이 8,100Wh/kg이며 다양한 형태의 보조 축전지 중에서 두 번째로 큰 용량을 보유하고 있다. 상업적으로 이용되는 리튬-이온 축전지의 이론적인 비용량은 120~200Wh/kg이다. 그러므로 알루미늄-공기 축전지는 리튬-이온 축전지의 이론적인 용량보다 40배 이상의 용량을 보유하고 있다. 상업화의 가장 큰 장애는 전자화학적 프로세스 도중에 발생하는 알루미늄의 높은 부식률이었다. 추가로, 산화알루미늄과 수산화알루미늄과 같은 부산물이 전극에 축적되어, 추가적인 축전지 반응을 방해한다. 이러한 장애물을 고려하여, 이 회사의 료헤이 모리(Ryohei Mori) 박사는 새로운 형태의 알루미늄-공기 축전지를 발명했다. 그는 액체 성질의 전해질과 내부 레이어로서의 전극 간에 세라믹 탄소질 물질을 위치시킴으로써 알루미늄-공기 축전지 구조를 수정했다. 이러한 수정된 구조 덕분에, 애노드의 부식과 부산물의 축적이 극복되어 축전지 수명시간이 더 길어졌다. - 새롭게 발명된 알루미늄-공기 축전지는 가끔씩 소금물이나 일반적인 물을 리필함으로써 작동이 가능하다. - 알루미늄은 금속-공기 축전지에 적용될 수 있는 지구상에 풍부하고 저렴하며 안전한 물질이다. - 새롭게 창조된 축전지는 환경 대기에서 제작되고 작동이 가능한데, 그 이유는 환경 공기 조건에서 안정적이기 때문이다. 또한, 리튬-이온 축전지와 같이 폭발이나 화염발생의 우려도 없다. - 전극과 전해질과 같은 모든 물질은 안전하고 저렴하며, 주방에서도 매우 쉽게 제작이 가능하다. - 이론적으로, 알루미늄-공기 축전지는 가장 강력한 보조 축전지인 리튬-공기 축전지 다음으로 가는 두 번째의 대형 용량을 가지고 있다.(리튬-이온 축전지 120~200Wh/kg, 알루미늄-공기 축전지 8,100Wh/kg, 리튬-공기 축전지 11,400Wh/kg) 알루미늄-공기 축전지는 리튬-이온 축전지의 이론적인 용량보다 40배 이상 크다. http://www.energyharvestingjournal.com/articles/7302/battery-rechargeable-by-refilling-with-salty-or-normal-water