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전기 자동차와 그리드 규모 에너지 저장 시스템의 사용이 증가함에 따라 리튬 이온 배터리(LIB)에 대한 대안을 모색해야 할 필요성이 그 어느 때보다 커졌습니다. 그러한 대체품 중 하나가 Ca 금속 배터리입니다. 지각에서 다섯 번째로 풍부한 원소인 칼슘은 널리 이용 가능하고 저렴하며 LIB보다 에너지 밀도 잠재력이 더 높습니다. 그 특성은 전해질과 음극 물질에서 이온 수송과 확산을 가속화하는 데 도움이 되어 마그네슘과 아연과 같은 다른 LIB 대체 물질보다 우위를 점하는 것으로 생각됩니다.
그러나 Ca 금속 배터리의 상업적 생존에는 많은 장애물이 남아 있습니다. 효율적인 전해질이 부족하고 Ca가 충분한 양극 물질이 없습니다.2+ 저장 능력이 주요 걸림돌로 판명되었습니다.
지난 2021년 현 연구그룹의 일부 구성원들은 수소(모노카보란) 클러스터를 기반으로 한 새로운 불소가 없는 칼슘(Ca) 전해질을 실현하면서 이전 문제에 대한 해결책을 제시했습니다. 전해질은 높은 전도성 및 높은 전기화학적 안정성과 같은 전기화학적 성능이 현저히 향상되었습니다.
'현재 연구를 위해 우리는 황화구리(CuS) 나노입자/탄소 복합 음극과 수소화물 기반 전해질을 사용하여 Ca 금속 배터리의 장기간 작동을 테스트했습니다.'라고 도호쿠 대학 연구소의 조교수인 Kisu Kazuaki는 말합니다. 재료 연구(IMR)용.
또한 천연 광물인 CuS는 유리한 전기화학적 특성을 가지고 있습니다. 층상 구조로 인해 리튬, 나트륨, 마그네슘을 포함한 다양한 양이온을 저장할 수 있습니다. 이는 560mAh g-1의 큰 이론 용량을 갖고 있으며 이는 현재 리튬 이온 배터리용 양극재보다 2~3배 더 높습니다.
나노입자화와 탄소재료와의 합성을 통해 기수와 그의 동료들은 다량의 칼슘 이온을 저장할 수 있는 음극을 만들 수 있었다. 수소화물계 전해질과 함께 사용하면 매우 안정적인 사이클링 성능을 갖춘 배터리를 생산할 수 있습니다. 시제품 배터리는 10번째 사이클 용량을 기준으로 500사이클 동안 92%의 용량 유지율을 유지했다.
이 그룹은 그들의 돌파구가 Ca 기반 배터리용 음극 물질에 대한 연구를 발전시키는 데 도움이 될 것이라고 확신합니다. '우리의 연구는 장기간 작동을 위한 Ca 금속 양극의 타당성을 확인했으며, 이 결과가 Ca 금속 배터리의 개발을 촉진할 것으로 기대합니다'라고 Kisu는 말했습니다.