석유에 대한 의존도를 줄이고 온실 가스 배출을 줄이고자 하는 일환으로 전기 자동차를 개발하고자 하는 전세계적인 강한 움직임이 있다. 특별히 이동성과 운영 비용이 낮기 때문에 저속의 전기 자동차 (LSEV)의 혁명이 중국의 농촌과 도시 근교 지역에서 일고 있다. 저비용과 성숙한 기술력으로 인해서 납-산 배터리는 LSEV의 전력원으로서 시장 점유율을 넓혀왔다. 그러나 높은 독성과 폐기 납의 부정적인 환경 영향으로 인해서 중국 정부는 납-산 배터리를 LSEV에서 사용하는 것에 대해 규제를 마련하면서 점진적인 대체 기술을 개발하는 것을 장려하고 있다. 리튬 이온 배터리가 운송 전기 기관에 널리 이용되고 있지만, 비용이 증가하고 리튬의 자원의 유한성으로 인해서 더 넓은 응용에 제한 요소가 되고 있다. 따라서 새로운 에너지 저장 화학 기술에 기초한 저비용의 배터리를 개발하는 것이 급선무로 등장하고 있다.
중국 과학원 청도 산업 에너지 저장 연구소 (Qingdao Industrial Energy Storage Research Institute, QIESRI) 소속 원사인 Chen Liquan의 지휘하에 중국 과학원 산하 청도 바이오에너지 및 바이오 공정 기술 연구소 (Qingdao Institute of Bioenergy and Bioprocess Technology, QIBEBT)에서는 매우 농도가 높은 수용액 전해질이 아연 stripping/deposition 공정을 최적화할 수 있다는 것을 발견하고, 열에 의한 반응성을 보이는 하이드로 젤을 기능성 전해질로 이용하여 스마트 냉각-회복 기능을 제안하였다. 이를 통해서에 발표되었다 (Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 7871). 사이클에서 계면에서 일어나는 실패를 수리할 수 있게 된다. 이 결과는 2017년 독일 화학 잡지(Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 7871)에 발표되었다.
기초 연구와 기술 개발에서 초기적인 결과에 따르면 QIESRI는 파일럿 단계의 연구에서 아연 배터리의 기술적 문제점들을 극복하였다. 그리고 성공적으로 높은 안전성과 에너지 밀도를 갖는 새로운 형태의 아연 배터리를 개발하였다. 이 아연 배터리는 에너지 밀도가 40 Wh/kg, 사이클 수명이 500번, 비용이 0.7 인민폐/Wh 의 특성을 보여 LSEV, 대용량 에너지 저장 및 휘는 전자기기에 좋은 응용 가능성을 보였다.
게다가, QIESRI는 붕소 중심의 음이온 기반의 마그네슘 이온 전해질을 설계하고 합성하는 시도를 하였는데 이 전해질은 높은 이온 전도도와 핵친화성이 없고 넓은 전기화학적 창을 갖고 있다. 방전된 중간체의 생성 에너지와 상전이 현상을 자세히 조사하여 마그네슘 이온 저장 기제를 이해하고자 하였다 (Adv. Energy Mater., 2017, 1602055; Small, 2017, 1702277; Electrochem. Commun., 2017, 83, 72; J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 2277). 이러한 과학적 진보를 통해서 새로운 가능성을 열어주면서 새로운 연구 방향을 제시하여 미래의 저비용 2차 마그네슘 배터리에 대한 전망을 밝게해 주고 있다.
아연과 마그네슘 배터리에 대한 이러한 긍정적인 연구들은 저비용 분야의 응용과 LSEV에서 납-산 배터리를 대체하고자 하는 의지와 잘 일치하고 있다. 중국에서 녹색 산업의 발전에 중요한 기술적인 공헌을 하게 될 것으로 예측된다.
이러한 관련된 연구들은 탁월한 젊은 연구진들을 위한 중국 자연과학 기금, 청도 에너지 저장 산업 과학연구를 위한 싱크 탱크 사모펀드 및 중국과학원-QIBEBT 연구소장 혁신 재단 13차 5개년 계획 프로젝트 펀드의 지원을 받아 이루어졌다.
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