우연히 발명된 배터리가 400년 동안 지속될 수 있는 능력

연구자들이 우연히 영구적으로 지속되는 배터리를 발명하다

실험실에서 사고가 발생하는 것은 좋은 일이 아닙니다. 하지만, 그 사고가 예상치 못한 결과를 낳아 연구자들이 오늘날 최고의 성능을 가진 배터리보다 400배 더 오래 지속될 수 있는 시스템으로 이끌게 된다면 어떻게 될까요?

캘리포니아 대학교 어바인 캠퍼스의 연구자들은 최대 200,000회의 재충전 사이클을 지속할 수 있는 배터리를 우연히 만들었으며, 이는 최대 400배 더 오래 지속될 수 있습니다. 이 발견은 교체 없이 수천 번 충전할 수 있는 배터리에 더 가까워질 수 있습니다.

연구의 원래 아이디어는 리튬 배터리의 일반적인 액체를 훨씬 더 두꺼운 전해질 젤로 대체하여 고체 상태의 배터리를 만드는 것이었습니다. 그들은 또한 배터리의 리튬을 전기 저장을 위해 금 나노와이어로 대체했습니다.

“우리는 장치를 사이클링하기 시작했고, 그들이 죽지 않을 것이라는 것을 깨달았습니다.”라고 논문의 주 저자인 레지널드 페너가 말했습니다. “우리는 아직 그 메커니즘을 이해하지 못하고 있습니다.”

어바인 배터리 기술은 박테리아보다 두껍지 않은 금 나노와이어를 사용하며, 이는 망간 산화물로 코팅되고 전해질 젤의 층으로 보호됩니다. 이 젤은 금속 산화물 코팅과 상호작용하여 부식을 방지합니다. 와이어가 길어질수록 표면적이 증가하고 더 많은 전하를 저장할 수 있습니다.

“[젤은] 와이어를 단순히 고정하는 것 이상의 역할을 합니다. 실제로 금속 산화물을 더 부드럽고 파손 저항성이 있도록 만드는 것 같습니다. 이는 전하 저장을 담당하는 이 금속 산화물의 파손 인성을 증가시킵니다.”라고 페너는 말했습니다.

UCI 나노배터리는 연구자들에 따르면 3개월 동안 시험 조건에서 테스트되었으며, “94-96% 평균 쿨롱 효율”을 생성했습니다. 테스트 중에는 용량이나 전력 손실, 나노와이어의 파손이 기록되지 않았습니다.

UCI 박사 과정 학생인 미야 레 타이는 망간 이산화물로 금 나노와이어 세트를 코팅하고 “플렉시글라스와 같은” 전해질 젤을 적용하여 우연한 발명을 현실로 만들었습니다. 이러한 나노와이어는 일반적으로 제한된 사용 후에 분해되며, 그들의 취약성 때문에 충전 및 방전 하중 중에 균열이 발생합니다. 그러나 UCI의 연구자들이 미야의 버전을 테스트했을 때, 그들은 거의 완전히 온전하며 추가 사용을 위한 준비가 되어 있음을 발견했습니다.

“미야는 놀고 있었고, 그녀는 이 전체를 매우 얇은 젤 층으로 코팅하고 사이클링을 시작했습니다.”라고 페너는 말했습니다. “그녀는 이 젤을 사용함으로써 용량을 잃지 않고 수십만 번 사이클링할 수 있다는 것을 발견했습니다.”

“그것은 미쳤습니다. 왜냐하면 이러한 것들은 일반적으로 최대 5,000, 6,000 또는 7,000 사이클 후에 극적으로 죽기 때문입니다.”라고 그는 말했습니다.

연구자들은 젤이 배터리의 금속 산화물을 플라스틱화시켜 나노와이어에 새로운 유연성과 배터리의 긴 수명을 제공했다고 의심하고 있습니다.

“코팅된 전극은 형태를 훨씬 더 잘 유지하여 더 신뢰할 수 있는 옵션이 됩니다.”라고 타이는 말했습니다. “이 연구는 나노와이어 기반 배터리 전극이 긴 수명을 가질 수 있으며, 이러한 종류의 배터리를 현실로 만들 수 있음을 증명합니다.”

새로운 기술이 현재 소비자 전자 제품에 적용된다면, 일반 리튬 배터리보다 400배 더 오래 지속되는 배터리를 만들 수 있습니다. 그러나 UCI 나노배터리는 아직 개발 단계에 있으며, 상용화되기까지는 여전히 오랜 시간이 걸릴 것입니다. 그러나 일단 사용 가능해지면, 이는 시장의 컴퓨터, 스마트폰 및 가전 제품에 전력을 공급하는 데 큰 변화를 가져올 수 있습니다.

이 연구는 메릴랜드 대학교의 전기 에너지 저장을 위한 나노구조 에너지 프론티어 연구 센터와 협력하여 수행되었으며, 미국 에너지부의 기초 에너지 과학 부서의 자금 지원을 받았습니다.

출처: UCI 뉴스