전체 글 (29) 썸네일형 리스트형 칼륨이온 배터리용 프러시안 블루 양극재의 결정구조 안정성 프러시안 블루 화합물의 분자 설계와 3차원 개방형 골격 구조프러시안 블루 계열 화합물(Prussian Blue Analogues, PBAs)은 A_x[B(CN)₆]_y·nH₂O의 일반적인 화학식을 갖는 시안화물 기반의 금속-유기 골격체입니다. 여기서 A와 B는 각각 다른 산화 상태를 가진 전이금속 이온이며, 시아나이드 리간드(-CN)가 이들을 연결하여 3차원 입방 격자를 형성합니다. 이러한 구조에서 가장 주목할 만한 특징은 약 4.6Å 크기의 정사면체 공동(tetrahedral cavity)과 3.2Å 크기의 팔면체 공동(octahedral cavity)이 교대로 배열되어 있다는 점입니다. 칼륨이온 배터리 응용에서 가장 널리 연구되는 조성은 K_x[Fe^III Fe^II(CN)₆] 형태로, 저스핀(low.. 아연이온 배터리 수계 전해질의 아연 덴드라이트 억제 첨가제 수계 아연이온 배터리의 전해질 시스템과 덴드라이트 형성 원리수계 아연이온 배터리(Aqueous Zinc-ion Battery, AZIB)는 물을 기반으로 한 전해질을 사용하는 친환경적인 에너지 저장 시스템입니다. 아연 금속 음극에서 충전 과정 중 Zn²⁺ 이온이 환원되어 아연 금속으로 석출되는데, 이때 불균일한 전기장 분포와 국부적인 전류 밀도 차이로 인해 덴드라이트라 불리는 나무 가지 모양의 결정 성장이 발생합니다. 아연 덴드라이트 형성 메커니즘은 전기화학적 결정화 이론에 기반합니다. 초기 성핵 단계에서 아연 표면의 거칠기나 결함 부위에서 우선적으로 아연 원자들이 석출되기 시작하며, 이러한 초기 성장점들이 전기장을 집중시켜 더 많은 아연 이온을 끌어들이게 됩니다. Butler-Volmer 방정식에 따르.. 알루미늄이온 배터리 흑연 음극재의 층간 삽입 메커니즘 분석 알루미늄이온 배터리의 전기화학적 특성과 작동원리알루미늄이온 배터리(Aluminum-ion Battery, AIB)는 차세대 에너지 저장 기술로 주목받고 있는 새로운 형태의 이차전지입니다. 기존의 리튬이온 배터리와 달리, 알루미늄이온을 전하 운반체로 사용하는 이 배터리 시스템은 몇 가지 독특한 전기화학적 특성을 보입니다. 알루미늄이온은 3가 이온(Al³⁺)으로, 리튬이온(Li⁺)보다 높은 전하를 가지고 있어 이론적으로 더 높은 에너지 밀도를 제공할 수 있습니다. 또한 알루미늄은 지각에서 세 번째로 풍부한 원소로, 자원 확보의 안정성과 경제성 측면에서 우수한 장점을 가지고 있습니다. 배터리의 작동 과정에서 알루미늄 금속 양극에서는 Al³⁺ 이온이 생성되고, 이 이온들이 전해질을 통해 음극으로 이동하여 전기화.. 리튬-황 배터리에서 다황화리튬 셔틀 효과 억제를 위한 격리막 개발 황의 배신: 꿈의 소재가 문제의 근원이 된 아이러니황은 완벽한 배터리 소재처럼 보였다. 지구상에서 16번째로 풍부한 원소로 석유 정제의 부산물로 나오니 사실상 공짜다(톤당 100달러). 이론 용량은 1672mAh/g로 리튬이온 배터리 양극재의 5배 수준이다. 게다가 무독성에 환경친화적이다. 2009년경부터 리튬-황(Li-S) 배터리 연구가 폭발적으로 늘어난 이유다. 하지만 황은 곧 연구자들을 절망시켰다. 방전 과정에서 황(S₈)이 순차적으로 환원되면서 Li₂S₈, Li₂S₆, Li₂S₄, Li₂S₂, Li₂S 등 다양한 다황화리튬(lithium polysulfide, LiPS)을 만든다. 문제는 이 중간 생성물들이 에테르 전해액에 잘 녹는다는 점이다. 마치 설탕이 물에 녹듯이 말이다. 녹아 나온 다황화리.. 리튬-공기 배터리의 산소 환원반응 촉매 성능 최적화 궁극의 배터리를 향한 꿈: 11,000Wh/kg의 유혹2009년 IBM이 "Battery 500" 프로젝트를 발표했을 때, 전 세계 배터리 연구자들의 가슴이 뛰었다. 500마일(800km)을 한 번 충전으로 달릴 수 있는 전기차를 만들겠다는 야심찬 계획이었다. 그 핵심에는 리튬-공기 배터리가 있었다. 이론 에너지밀도 11,400Wh/kg - 이는 휘발유(12,000Wh/kg)에 맞먹는 수치였다. 하지만 15년이 지난 2025년 현재, 리튬-공기 배터리는 여전히 실험실을 벗어나지 못했다. 왜일까? 답은 산소라는 까다로운 파트너 때문이다. 리튬이 공기 중 산소와 만나 Li₂O₂를 만드는 반응은 단순해 보이지만, 실제로는 엄청나게 복잡하다. 산소 분자(O₂)가 전자를 받아 과산화리튬(Li₂O₂)으로 변하는 과.. 마그네슘 배터리용 비수계 전해질의 분해 전압 확장 기술 마그네슘의 역설: 완벽한 후보의 불완전한 현실마그네슘 배터리는 종이 위에서는 완벽하다. 마그네슘은 지각에서 여덟 번째로 풍부한 원소로 바닷물에서 쉽게 얻을 수 있고, 가격은 리튬의 1/20 수준이다. Mg²⁺는 2개의 전자를 주고받아 이론적으로 같은 부피에서 리튬의 2배 에너지를 저장할 수 있다. 게다가 리튬처럼 덴드라이트도 형성하지 않아서 안전하다. 그런데 왜 아직 상용화되지 않았을까? 답은 한 마디로 "전해질의 배신" 때문이다. 리튬이온 배터리에서 당연하게 여겨지는 4V급 전압이 마그네슘 배터리에서는 꿈같은 이야기다. 대부분의 전해질이 2.5-3V에서 분해되어 버리기 때문이다. 이 문제의 뿌리는 마그네슘의 +2가 전하에 있다. Mg²⁺는 Li⁺보다 전하밀도가 3배나 높아서 전해질 분자들과 훨씬 강하게.. 칼슘이온 배터리의 전해질 선택과 계면 호환성 개선 방안 잠들어 있던 거인의 각성: 칼슘이온 배터리의 부상2017년 어느 여름날, 일본 국립물질과학연구소(NIMS)의 한 연구실에서 작은 기적이 일어났다. 10년간 실온에서 충방전이 불가능하다고 여겨져 온 칼슘이온 배터리가 마침내 작동한 것이다. 연구진이 유기 전해질을 바꿔가며 수백 번의 실험을 반복한 끝에 얻은 성과였다. 왜 하필 칼슘일까? 답은 간단하다. 지구 상에서 다섯 번째로 풍부한 원소이면서도 리튬의 모든 한계를 극복할 수 있는 잠재력을 가졌기 때문이다. 칼슘은 바닷물에 400ppm이나 들어있어 사실상 무한 공급이 가능하고, 가격은 리튬의 1/100 수준이다. 더 놀라운 건 이론 용량이다. Ca²⁺는 2개의 전자를 주고받을 수 있어 같은 부피에서 리튬의 2배 에너지를 저장할 수 있다. 하지만 현실은 녹록.. 전고체 배터리용 황화물계 고체전해질의 이온전도도 향상 메커니즘 황화물계 고체전해질의 결정구조와 이온전도 기본원리황화물계 고체전해질은 Li2S-P2S5, Li2S-SiS2, Li2S-GeS2 등의 이원계 시스템을 기본으로 하며, 이들의 결정구조는 이온전도도에 결정적인 영향을 미친다. 가장 널리 연구되는 Li2S-P2S5 시스템에서는 조성비에 따라 다양한 구조상이 형성된다. Li7P3S11은 argyrodite 구조를 기본으로 하는 고이온전도성 화합물로, 상온에서 10⁻³ S/cm 이상의 이온전도도를 나타낸다. 이 구조에서 PS4 사면체가 3차원 네트워크를 형성하고, Li⁺ 이온이 이들 사이의 채널을 통해 이동한다. 황화물 고체전해질의 이온전도 메커니즘은 주로 vacancy mechanism을 따른다. Li⁺ 이온이 격자 내 빈자리(vacancy)로 이동하면서 이온전도.. 이전 1 2 3 4 다음
