일본 연구원, 전고체 공기 배터리 개발

일본 야마나시대와 와세다대 연구팀이 양성자 교환막을 전해질로, 산화환원 활성을 갖는 유기물을 음극으로 사용한 전고체 공기전지를 개발했다. 이러한 종류의 배터리는 충전 및 방전을 반복할 수 있고 가볍고 안전하며 구부러진 상태에서도 사용할 수 있습니다. 휴대용 전자 장치에 사용될 것으로 예상됩니다.

최근 야마나시 대학과 와세다 대학이 공동으로 발표한 성명서에 따르면 일반적인 공기 전지는 일반적으로 양극 활물질인 공기 중의 산소, 음극 활물질인 리튬 및 기타 금속, 그리고 수성 전해질로 구성됩니다. 공기전지는 전지 내부에 양극 활물질을 저장할 필요가 없어 이론적으로 에너지 밀도가 높다. 그러나 기존 공기전지는 대부분 용액 전해질을 사용하기 때문에 전해액 누수 등의 안전성 문제가 발생할 수 있다. 또한, 양극으로 사용되는 금속은 환경에서 산소와 수분의 작용으로 성능이 저하되기 쉽습니다.

위와 같은 문제점을 해결하기 위해 두 대학 연구진이 협력하여 레독스 활성을 갖는 유기화합물인 2,5-디하이드록시-1,4-benzoquinone과 그 화합물의 고분자를 음극 활물질로 사용하고자 하였다. 전지에서 양성자 교환막은 전해질로 사용되며, 백금 촉매를 포함하는 가스 확산 전극은 양극으로 사용되며 활성 물질은 산소이므로 전고체 공기 전지를 형성합니다.

연구진은 전류와 전위 측정을 통해 배터리 음극의 반응과 가역성을 확인하고 배터리의 방전율과 충방전 사이클 성능을 평가했다. 연구에 따르면 산화 환원 활성을 가진 유기 화합물을 공기 전지의 양극으로 사용하는 것이 실현 가능한 아이디어라는 것이 밝혀졌습니다. 2,5-디히드록시-1,4-벤조퀴논을 전지의 음극으로 사용하는 것과 비교하여 화합물의 중합체를 음극으로 사용하면 전지 방전 용량을 크게 향상시킬 수 있습니다. 15C의 방전율에서 음극으로 2,5-디히드록시-1,4-벤조퀴논 폴리머를 사용하는 전고체 공기 전지의 충방전 사이클은 30회에 달할 수 있다.

독일 학술지에 관련 논문 게재"응용화학 국제판".

공지는 현재의 일반 공기 전지와 비교하여 이 새로운 유형의 전고체 공기 전지가 더 안전하고 사용된 재료에 습기가 포함되어 있지 않으며 습기로 인해 전극의 성능이 저하되지 않는다고 밝혔다. 향후 소재 특성 개선 및 내구성 향상을 통해 휴대폰 등 휴대용 전자기기의 전원으로 활용될 것으로 기대된다.