에너지
리튬-이산화탄소 배터리 기술 개발, 발전과 함께 이산화탄소 제거
서리 대학교의 엔지니어들은 정상 작동의 일부로 대기 중 이산화탄소 를 제거하는 리튬-이산화탄소 배터리를 도입했습니다. 업그레이드 된 배터리 설계는 전임자를 능가하는 잠재력을 가지고 있으며 오염과 기후 변화를 완화하는 데 도움이 될 수 있습니다. 여기서 알아야 할 내용입니다.
리튬 이온 배터리가 녹색 에너지에서 부족한 이유
미래는 무선이며 제조업체는 깨끗한 배터리 솔루션에 대한 수요를 이해합니다. 오늘날 사용되는 가장 일반적인 배터리는 리튬 이온 옵션입니다. 이러한 배터리는 휴대폰, 전기차, 스마트 와치 등 일상적인 기기에 발견됩니다. 리튬 이온 배터리는 적절한 밀도, 충전 주기 및 비용 효율성을 제공합니다. 그러나它们는 지속 가능하지 않으며 전 세계적으로 매립지에서 주요 오염物으로 남아 있습니다.
리튬 이온 배터리의 주요課題: 안전, 비용, 폐기물
리튬 이온 배터리의 효과성과 효율성을 제한하는 몇 가지 문제가 있습니다.まず,貴重な希土類鉱物의 사용이 필요합니다. 백금과 같은 자원은 difícil로 소싱되며 제조 공정을 상당히 비싼 비용으로 만듭니다. 또한, 희토류 광물에 대한 수요는 자원 보유를 보장하기 위해 국가에 대한 보안 문제가 되었습니다.
리튬 이온 배터리 또한 충전 주기寿命이 좋지 않습니다. 이 배터리의 설계는 각 충전 주기마다 일부 손실을 발생시킵니다. 따라서 리튬 이온 배터리는 각 주기마다 성능이 저하됩니다. 또한, 폐기물 처리 비용이 매우 높으며, 불適切하게 충전되거나 열 런어웨이 발생 시 안전 위험이 될 수 있습니다.
열 런어웨이는 리튬 이온 배터리 셀이 과열되어周囲의 셀도 과열되어 대규모熔解을 일으키는 현象입니다. 이러한 사건으로 인한 피해는 잘 문서화되어 있습니다. 간단한 검색으로 전 세계적으로 리튬 이온 배터리 화재의 긴 역사를 강조할 수 있습니다.
과전압
리튬 이온 배터리 사용자에게 또 다른 문제는 과전압입니다. 이 용어는 화학 반응을 시작하고 배터리를 충전하는 데 사용되는 에너지 양을 나타냅니다. 리튬 이온 시스템은 높은 과전압을uffers합니다. 그러나 모든 것이 일부 지능적인 과학자들 덕분에 변경될 것입니다.
리튬-이산화탄소 배터리가 무엇이며 어떻게 작동합니까?
리튬-이산화탄소 배터리가 흥미로운 대안으로 등장했습니다. 이러한 재충전 가능한 배터리는 에너지 운반체로 이산화탄소 가스를 사용합니다. 이 구조는 몇 가지 주요 이점을 제공합니다. 즉, 성능, 용량, 깨끗한 공기 품질이 향상됩니다. 따라서 많은 사람들이 리튬-이산화탄소 배터리가 미래에 순 이산화탄소 배출을 달성하기 위한 최선의 단계라고 믿습니다.
현재 리튬-이산화탄소 배터리의 단점
리튬-이산화탄소 배터리를 사용하는 주요 단점 중 하나는 신뢰할 수 있는 저렴한 촉매의 부족입니다. 이러한 사실을 인식하고, 엔지니어들은 최근 물질 과학 및 컴퓨터 모델링의 발전에 통합된 새로운 버전을 만들었습니다. 새로운 접근 방식은 에너지 사용 및 공기 품질의 두 가지 문제를 동시에 해결하는 것을 약속합니다.
서리 대학교의 리튬-이산화탄소 배터리 연구
연구1,”리튬-이산화탄소 배터리에서 Ultralow 과전압,”은 Advanced Science에 발표되었습니다. 이 연구는 “호흡” 배터리에 대해 다룹니다. 이러한 장치는 목적대로 설계된 촉매와 상호 작용하는 이산화탄소를 사용하여 깨끗한 에너지 루프를 생성합니다.
리튬-이산화탄소 배터리 해체
그들의 과정의 일부로, 엔지니어들은 다양한 촉매를 사용하여 여러 개의 리튬-이산화탄소 배터리를 만들었습니다. 그런 다음 배터리를 수천 번의 충전 주기 동안 테스트하여 일상적인 사용의 수년을 나타냅니다. 그런 다음 주기 기간 이후에 단위를 해체하여 열화, 축적 및 기타 성능 제한 요인에 대한 더 깊은 이해를 얻었습니다. 주목할 점은 리튬 카보네이트沉積물이 형성되고 이를 쉽게 제거하여 배터리가 충전 주기를 개선할 수 있다는 것입니다.
리튬-이산화탄소 배터리 컴퓨터 모델
연구자들은 실험에서 얻은 데이터를 사용하여 정확한 컴퓨터 모델을 만들었습니다. 모델은 밀도 기능 이론(DFT)을 사용하여 중요한 세부 사항과 변경 사항을 예측합니다. 모델은 팀의 사고 실험을 수행하고 총 비용을 줄이면서 테스트를 확장하는 능력을 향상시켰습니다. 목표는 모델을 사용하여 리튬 배터리가 작동하는 데 필요한 화학 반응을 지원할 수 있는 안정적인 다공성 구조를 만드는 데 사용할 최상의 재료를 찾는 것이었습니다.
세슘 인산 몰리브덴산 (CPM)
일부 테스트 후, 엔지니어들은 세슘 인산 몰리브덴산(Caesium phosphomolybdate, Cs3PMo12O40, CPM)이 유망한 옵션임을 결정했습니다. 엔지니어들은 리튬-이산화탄소 배터리에서 촉매로 CPM을 적용하고 여러 테스트를 수행했습니다. CPM을 생성하기 위해 엔지니어들은 촉매를 합성하고 음극에 코팅했습니다.
이 재료는 많은 전기 활성 부위와 산소가 풍부한 표면을 특징으로 하여 이상적입니다. 또한, 복합체는 내구성과 충전 주기 동안 성능을 추가하는 고유한 중공 모폴로지를 가지고 있습니다. 즉, 이러한 배터리는 이전 버전보다 재충전에 훨씬 적은 에너지를 사용합니다.
이 CPM 공극은 이산화탄소 분자와 리튬 이온의 활성 부위로의 효율적인 확산을 지원하는 것이 이상적입니다. 또한, 공극은 방전 제품을 수용하는 또 다른 역할을 합니다. 주목할 점은 결晶 구조가 단지 140 nm 크기입니다.
파우더 X-선 회절 (PXRD)
엔지니어들은 합성된 CPM 촉매의 결晶 구조와 구성에 대한 파우더 X-선 회절 방법을 사용하여 검토했습니다. 이 도구는 구조에 X-선을 집중시키고 그 회절 패턴을 분석합니다.
푸리에 변환 적외 분광법 (FTIR)
다음 단계는 과정에서 에너지가 흡수되거나 방출되는 것을 결정하는 것이었습니다. 엔지니어들은 푸리에 변환 적외 분광법을 사용하여 이를 수행했습니다. 팀은 케긴 입자(kaggin particles)의 존재를 확인했으며, 이는 컴퓨터 모델 예측과 일치했습니다.
케긴 단위
팀은 케긴 단위가 표면에 통합되어 있는지 확인하기 위해 많은 노력을 기울였습니다. 케긴 단위는 결晶 프레임워크를 나타내며, 그 구조가 견고하고 안정적입니다. 이는 배터리에 이상적인 설정입니다. 왜냐하면 주기 과정 동안 구조를 유지하기 때문입니다.
X-선 광전자 분광법 (XPS)
팀은 과정 중 및 이후에 촉매의 화학적 상태에 대한 더 깊은 이해를 얻기 위해 X-선 광전자 분광법을 사용했습니다. 그들은 표면의 원소 구성과 성능 및 수명을 최적화하기 위해 이를 조정했습니다.
열중량법 (TG)
다음 단계는 시스템에 수분이 들어가거나副産物으로 생성되는지 확인하는 것이었습니다. 연구자들은 CPM 복합체의 수분 함유량을 평가하기 위해 열중량법을 사용했습니다. 테스트 결과, 새로운 설계가 고밀도 배터리 개발을 지원할 수 있음을 나타났습니다.
리튬-이산화탄소 배터리 테스트
일련의 실험실 실험은 엔지니어들이 예측을 두 번 확인하는 데 도움이 되었습니다. 팀은 CPM 촉매가 CRR/CER 동역학을 향상시키는 전기 촉매 능력에 대한 물리적 및 컴퓨터 시뮬레이션을 수행했습니다. 그들은 구조가 이상적인 촉매로 사용하기 위해 몇 가지 고유한 특성을 가지고 있음을 결정했습니다.
리튬-이산화탄소 배터리 테스트 결과
테스트 결과는 놀라웠습니다. 새로운 배터리 구조는故障 없이 작동했습니다. 팀은 50 mA g−1에서 500 mAh g−1의 용량 제한으로 100 주기를 수행했습니다. 그들은 장치가 더 많은 에너지를 저장할 수 있으며 전통적인 리튬 이온 옵션보다 충전하기가 더 쉬웠다는 것을 알게 되었습니다.驚くべき 것은, 업그레이드 된 배터리가 50 mA g−1에서 15440 mAh g−1의 탁월한 방전 용량을 나타냈으며, 97.3%의 쿨롬비크 효율을 보였습니다. 또한, 촉매는 0.67 V의 낮은 과전압을 제공했습니다.
이 데이터는 새로운 설계가 전통적인 촉매보다 훨씬 더 효과적임을 보여주었습니다. 특히, 배터리는 더 높은 방전-충전 용량과 더 낮은 과전압을 제공합니다. 또한, 리튬-이산화탄소 배터리 설계는 50 mA g−1에서 500 mAh g−1의 제한된 용량으로 107 주기의 긴 안정성을 지원합니다.
리튬-이산화탄소 배터리의 최상위 이점
리튬-이산화탄소 배터리는 시장에 많은 이점을 제공합니다.まず, 사용자에게 리튬 이온 배터리의 깨끗한 대안을 제공합니다. 리튬 이온 배터리는 계속해서 매립지를 채우고 있습니다. 이 새로운 접근 방식은 폐기물과 온실 가스 배출을 동시에 줄입니다. 이는 배터리 산업이 업그레이드를 수행하면서 오염을 줄일 수 있는 기회를 제공합니다.
더 높은 용량
보고서는 리튬-이산화탄소 배터리가 전임자보다 더 높은 용량을 제공할 수 있음을 나타냅니다. 또한, 더 낮은 과전압을 가지고 있어 충전에 훨씬 적은 에너지를 사용합니다. 충전이 덜 강렬한 접근 방식은 성능을 저하하지 않고 배터리의 수명 주기를 확장합니다.
리튬-이산화탄소 배터리는 더 저렴합니다.
리튬-이산화탄소 배터리가 곧 등장할 수 있는 또 다른 이유는 더 저렴한 제조 공정을 제공한다는 것입니다. 제조 비용을 줄이고 배출량을 줄인 것을 결합하면, 리튬-이산화탄소 대안은 깨끗한 에너지를 저장하는 실용적인 방법으로 보입니다.
리튬-이산화탄소 배터리는 더 확장 가능합니다.
연구자들은 자신의 연구가 커뮤니티의需求을 충족하기 위해 확장할 수 있도록 보장했습니다. 휴대용 기기를 위한 깨끗한 에너지 옵션의 수요는 엄청납니다. 엔지니어들은 이 배터리 개발을 비용 절감 업그레이드로 보고, 추가로 유해한 온실 가스인 이산화탄소를 포획하는 것을 목표로 합니다.
리튬-이산화탄소 배터리는 더 효율적입니다.
효율성은 리튬-이산화탄소 배터리가 다른 배터리 솔루션과 비교할 때 또 다른 이점입니다. 이러한 차세대 전원 공급 장치는 다양한 사용 사례에서 효율적으로 작동할 수 있습니다. 단위는 더 많은 에너지 용량을 제공할 수 있으며, 응용 프로그램에 맞게 확장할 수 있습니다.
희토류 금속이 없습니다.
희토류 금속은 계속해서 가치가 증가하는 제한된 자원입니다. 이미 이러한 희토류 광물에 대한 접근을 보호하기 위해 세계의 超級 大國에 의해 주요 관세 및 기타 입법이 시행되고 있습니다. 엔지니어들의 배터리 설계에서 이러한 광물의 필요성을 제거하는 결정은 이 기술이 성공하는 주요 이유 중 하나가 될 수 있습니다.
리튬-이산화탄소 배터리의 실제 응용 및 예상 시기
깨끗한 배터리에 대한 많은 응용 프로그램이 있습니다. 세계는 일상적으로 사용되는 무선 시스템의 증가하는 수요를 충족할 수 있는 깨끗한 대안을 필요로 합니다. 리튬-이산화탄소는 언젠가 집, 차, 기기를 구동하면서 유해한 온실 가스를 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.
우주 여행
우주 여행은 이 기술의 또 다른 응용 분야입니다. 과학자들이 깊은 우주와 다른 세계를 탐험하기 위한 방법을 계속 생각하는 동안, 새로운 전원 옵션이 연구되어야 합니다. 이 최신 개발은 대기 중 이산화탄소가 95%로 구성된 마스와 같은 먼 행성에서 작동할 수 있는 몇 가지 주요 이점을 가지고 있습니다.
리튬-이산화탄소 배터리 타임라인
리튬-이산화탄소 배터리가 소비자에게 도달하기까지 약 5년이 걸릴 수 있습니다. 기술은 존재하지만, 팀은 발명품을 시장에 도입하는 최선의 접근 방식을 여전히 찾아야 합니다. 주목할 점은 순 이산화탄소 배출을 달성하기 위한 요구 사항을 충족하기 위해 리튬-이산화탄소 옵션을 통합하는 것을 우선순위로 할 수 있는 점입니다.
리튬-이산화탄소 배터리 연구자
리튬-이산화탄소 배터리 연구는 서리 대학교의 화학 및 화학 공학과 및 고급 기술 연구소에서 진행되었습니다. 연구 논문은 Siddharth Gadkari와 Daniel Commandeur를 공동 저자로 나열합니다. 그들은 Mahsa Masoudi, Neubi F. Xavier Jr, James Wright, Thomas M Roseveare, Steven Hinder, Vlad Stolojan, Qiong Cai 및 Robert C. T. Slade의 지원을 받았습니다.
리튬-이산화탄소 배터리의 미래
팀은 다른 재료와 이러한 촉매가 전극 및 전해질과 상호 작용하는 방식을 더 깊이 연구하고자 합니다. 또한, 케긴형 폴리옥소메탈레이트를 재충전 가능한 리튬-이산화탄소 배터리의 재충전 가능한 주기를 포함하여 설계의 주요 측면을 개선할 수 있는 이중 작용 촉매로 연구하고자 합니다.
배터리 부문에 투자
배터리 시장에는 여러 회사들이 참여하고 있습니다. 이러한 회사들은 1티어 유명 제조업체에서 저렴한 대안 및 حتى 가짜 제품까지 다양합니다. 배터리의 수요는 여전히 높습니다. 여기에는 리튬-이산화탄소 배터리를 제품에 통합할 수 있는 배터리 제조업체가 있습니다.
Solid Power
Solid Power (SLDP )는 2011년에 시장에 진입하여 콜로라도에 본사를두고 있습니다. 회사의 목표는 고성능의 고체 상태 배터리 대안을 만들기입니다. 출시 이후, Solid Power는 시장에서 상당한 지원과 성장을 보았습니다. 이는 주로 회사의 혁신적인 정신과 고유한 제품으로 인해, 액체 전해질을 설파이드 고체 옵션으로 교체하여 불이나 열 런어웨이의 위험을 줄였습니다.
Solid Power는 전기차 제조업체와 여러 전략적 제휴를 맺고 있습니다. 이러한 제휴는 혁신을 주도하고 시장에서 더 안전하고 효율적인 대안을 찾는 데 도움이 됩니다. 현재, 회사는 의료 및 제조업을 포함한 다양한 산업의 제조업체와 계약을 맺고 있습니다.
(SLDP )
