우리는 많은 전력을 보유하는 배터리를 만드는 데 꽤 능숙해졌습니다. 불행하게도 우리는 결국 부식되지 않고, 불이 붙지 않고, 결국 땅을 오염시키지 않는 제품을 만드는 데 능숙하지 않았습니다. 새로운 발전은 이를 바꾸려고 시도합니다: 물과 두부 염수로 작동하는 새로운 종류의 배터리입니다. 더 좋은 점은 실험실에서 120,000회의 충전 주기가 지속된다는 것입니다. 이는 성능이 저하되기까지 최대 약 3,000사이클을 사용하는 일반적인 리튬 이온 배터리보다 약 40배 더 높은 수치입니다. 이론적으로 하루에 한 번씩 충전하면 300년 이상 사용할 수 있습니다. 분명히 어느 누구의 휴대폰이나 심지어 EV도 그렇게 오래 지속되지는 않지만 약속은 현실입니다.
그렇다면 이것이 실제로 어떻게 작동합니까? 두 전극 사이에서 전하를 이동시키는 배터리 내부의 액체인 전해질은 마그네슘과 칼슘의 중성염으로 만들어집니다. 이는 두부를 생산하는 동안 두유를 굳히는 데 사용되는 두부 소금물에서 발견되는 것과 동일한 미네랄입니다. 연구원들은 또한 용액을 중성 pH 7.0으로 유지했는데, 이는 내부에서 기존 배터리를 파괴하는 부식성 부반응을 피하는 데 도움이 되었습니다.
즉, 액체는 퍼즐의 한 조각에 불과했습니다. 연구원들은 또한 배터리의 일반적인 금속 기반 음극을 본질적으로 플라스틱인 유기 폴리머로 만든 음극으로 교체했습니다. 양극의 경우 페인트 안료인 프러시안 블루(Prussian Blue)와 유사한 색상을 사용했습니다. 궁극적으로 Nature Communications의 전체 연구에서 볼 수 있듯이, 그램당 112.8밀리암페어 시간이라는 인상적인 에너지 용량에 도달했는데, 이는 이러한 유형의 배터리에서 인상적인 수치입니다.
물 배터리가 중요한 이유
연구자들이 수성 대안을 찾는 데에는 이유가 있습니다. 리튬 이온 배터리는 현재 기본적으로 모든 것에 전력을 공급하지만 문제가 있습니다. 전해질로 사용되는 가연성 용매는 배터리가 과열되거나 손상될 경우 화재가 발생할 수 있습니다. 이로 인해 비행 중에 휴대용 배터리가 점화되는 사고가 발생했으며 일부 항공사는 이미 비행 중 보조 배터리를 금지하기 시작했습니다. 진화하기 어려운 것으로 악명 높은 EV 화재의 증가는 리튬 이온이 실제로 장거리 운송에 충분히 안전한지에 대한 논쟁을 다시 불러일으켰습니다.
수성 배터리는 이 모든 것을 완전히 회피합니다. 전해액은 불연성이므로 화재의 위험이 없습니다. 또한 버릴 때 유해 폐기물을 처리할 필요도 없습니다. 연구진은 해당 배터리가 미국 자원 보존 및 회수법을 포함한 국제 폐기 기준을 충족함을 확인했습니다.
이러한 수성 배터리는 일반적으로 생산 비용도 저렴합니다. 표준 리튬 이온 전지에 들어가는 것보다 훨씬 저렴한 재료를 사용하기 때문에 태양광 발전소와 풍력 에너지 균형을 생각하는 대규모 그리드 저장에 특히 매력적입니다. 여기서는 컴팩트하고 에너지 밀도가 높은 것보다 내구성 있고 저렴한 것이 필요합니다. 즉, 아직 장애물이 있습니다. 크기와 무게가 중요한 응용 분야에서 경쟁하려면 에너지 밀도를 높여야 합니다. 이러한 유기 폴리머의 생산을 확대하는 것은 팀이 공개적으로 인정하는 또 다른 과제입니다. 그러나 만약 그들이 그것을 알아낼 수 있다면 이것은 고정식 에너지 저장에 대한 진정한 경쟁자가 될 수 있습니다. 그리고 이는 결국 EV에서 스마트폰에 이르기까지 모든 것을 변화시킬 수 있는 파이프라인의 여러 새로운 배터리 기술 중 하나일 뿐입니다.
