아연이온전지

Zinc-ion battery

아연 이온 배터리 또는 Zn 이온 배터리(ZIB로 약칭)는 충전 캐리어로서 아연2+ 이온(Zn)을 사용한다.[1]구체적으로는 ZIB가 Zn을 양극으로, Zn 상호교체 물질을 음극으로, Zn을 함유한 전해질을 활용한다.일반적으로 아연 이온 배터리라는 용어는 충전식(이차) 배터리를 위해 예약되어 있는데, 이를 충전식 아연 금속 배터리(RZMB)라고도 한다.[2]따라서 ZIB는 알칼리성 또는 아연탄소 배터리와 같이 아연을 사용하는 비충전성(기본) 배터리와는 다르다.

역사

2011년, Feiyu Kang의 그룹은 ZIB에서 음극으로 사용되는 알파형 망간 이산화물2(MnO) 호스트의 터널 구조에 가역성 Zn-ion 삽입물을 처음으로 선보였다.[3][4]

캐나다 워털루 대학은 연구실에서 개발한 아연 이온 배터리 기술에 대한 특허권을 소유하고 있다.[5][6]캐나다 회사인 Saliient Energy는 아연 이온 배터리 기술을 상용화하고 있다.[7]

다른 형태의 재충전 가능한 아연 배터리는 아연 이온이 명시적이지는 않지만 고정 에너지 저장용으로도 개발되고 있다. 예를 들어, Eos Energy Storage는 음극 반응이 할로겐화물의 산화 및 감소를 수반하는 아연 할리드 배터리를 개발하고 있다.[8]Eos Energy Storage는 1.5를 생산하고 있다.텍사스 및 캘리포니아 전력망에 사용되는 '메이드 인 아메리카' 아연 배터리의 GWh.[9][10]

리서치

동기 및 문제

리튬 금속과 비교했을 때 아연 음극은 이론적 부피 용량과 자연적 풍요를 더 많이 가지고 있다.ZIB 양극 전극에 따라 리튬 이온 배터리(LIB)와 비교할 때 이러한 이론적 이점도 존재할 수 있다.게다가, 아연은 수성 전해질과 더 잘 호환된다.그러나 ZIB는 일반적으로 아트 LIB 상태보다 쿨롱빅(충전) 효율이 낮으며, 음극 전극의 도금 및 스트라이핑에 대한 과전위, 덴드리틱 고장 가능성을 나타낸다.[2][11]

화학

수성 전해질과 비수성 전해질 모두 ZIB 후보지로 조사되고 있다.수성 전해질과 비수성 전해질 모두에 대해 TFSI 또는 삼염 음이온을 사용하는 아연 염이 고려되었다.황산아연과 알칼리성 KOH 기반 수용성 전해질도 고려됐다.[2][11]

지금까지 ZIB에 대해 감마, 델타형 MnO2, 구리 헥사시아노퍼레이트, 비스무트산화물, 층황화물, 프러시아 블루 아날로그 등 여러 음극재료가 탐사되었다.[2][12][13][14]예를 들어 2017년 연구진은 덴드라이트 형성이 없는 가역성, 비율, 용량 등이 높은 아연-이온 배터리의 프로토타입을 보고했다.[15]이 장치는 아연 금속 양극, 산화 바나듐 음극(ZnVO0.2525⋅n)을 사용했다.HO2) 및 수성 전해질, 모든 무독성 물질.1,000 사이클 후에 그것은 용량의 80%를 유지했다.셀은 최대 300mAh g의−1 용량과 ~450Wh l의−1 에너지 밀도를 달성했다.

참고 항목

참조

  1. ^ "A cheap, long-lasting, sustainable battery for grid energy storage KurzweilAI". www.kurzweilai.net. 2016-09-16. Retrieved 2017-02-02.
  2. ^ a b c d Ma, Lin; Schroeder, Marshall A.; Borodin, Oleg; Pollard, Travis P.; Ding, Michael S.; Wang, Chunsheng; Xu, Kang (2020). "Realizing high zinc reversibility in rechargeable batteries". Nature Energy. 5 (10): 743–749. Bibcode:2020NatEn...5..743M. doi:10.1038/s41560-020-0674-x. ISSN 2058-7546. S2CID 221118342.
  3. ^ US 20120034515, Kang, Feiyu; SHU, Chungjun & Li, Baohua, "충전 가능한 아연 이온 배터리"는 2012년 2월 9일에 출판되었다.
  4. ^ Xu, Chengjun; Li, Baohua; Du, Hongda; Kang, Feiyu (2012-01-23). "Energetic Zinc Ion Chemistry: The Rechargeable Zinc Ion Battery". Angewandte Chemie International Edition. 51 (4): 933–935. doi:10.1002/anie.201106307. ISSN 1521-3773. PMID 22170816.
  5. ^ Kundu, Dipan; Vajargah, Shahrzad Hosseini; Wan, Liwen; Adams, Brian; Prendergast, David; Nazar, Linda F. (April 18, 2018). "Aqueous vs. nonaqueous Zn-ion batteries: consequences of the desolvation penalty at the interface". Energy & Environmental Science. 11 (4): 881–892. doi:10.1039/C8EE00378E. OSTI 1469689 – via pubs.rsc.org.
  6. ^ "University of Waterloo Salient Energy". CBC.
  7. ^ "Power up: Halifax's thriving battery scene attracts Ontario startup". Dalhousie News.
  8. ^ "Stakeholder Consultation of the Energy Storage Partnership (ESP) November 18, 2020 ESMAP". esmap.org. Retrieved 2022-03-20.
  9. ^ "Home". Eos Energy Enterprises.
  10. ^ "1.5GWh of 'Made in America' zinc batteries joining Texas, California grids from Eos Energy Storage". Energy Storage News. 1 Sep 2020.
  11. ^ a b Ma, Lin; Schroeder, Marshall A.; Pollard, Travis P.; Borodin, Oleg; Ding, Michael S.; Sun, Ruimin; Cao, Longsheng; Ho, Janet; Baker, David R.; Wang, Chunsheng; Xu, Kang (2020). "Critical Factors Dictating Reversibility of the Zinc Metal Anode". Energy & Environmental Materials. 3 (4): 516–521. doi:10.1002/eem2.12077. ISSN 2575-0356.
  12. ^ Alfaruqi, Muhammad H.; Mathew, Vinod; Gim, Jihyeon; Kim, Sungjin; Song, Jinju; Baboo, Joseph P.; Choi, Sun H.; Kim, Jaekook (2015-05-26). "Electrochemically Induced Structural Transformation in a γ-MnO2 Cathode of a High Capacity Zinc-Ion Battery System". Chemistry of Materials. 27 (10): 3609–3620. doi:10.1021/cm504717p. ISSN 0897-4756.
  13. ^ Alfaruqi, Muhammad Hilmy; Gim, Jihyeon; Kim, Sungjin; Song, Jinju; Pham, Duong Tung; Jo, Jeonggeun; Xiu, Zhiliang; Mathew, Vinod; Kim, Jaekook (2015). "A layered δ-MnO 2 nanoflake cathode with high zinc-storage capacities for eco-friendly battery applications". Electrochemistry Communications. 60: 121–125. doi:10.1016/j.elecom.2015.08.019.
  14. ^ Trócoli, Rafael; La Mantia, Fabio (2015-02-01). "An Aqueous Zinc-Ion Battery Based on Copper Hexacyanoferrate". ChemSusChem. 8 (3): 481–485. doi:10.1002/cssc.201403143. ISSN 1864-564X. PMID 25510850.
  15. ^ Kundu, Dipan; Adams, Brian D.; Duffort, Victor; Vajargah, Shahrzad Hosseini; Nazar, Linda F. (October 2016). "A high-capacity and long-life aqueous rechargeable zinc battery using a metal oxide intercalation cathode". Nature Energy. 1 (10): 16119. Bibcode:2016NatEn...116119K. doi:10.1038/nenergy.2016.119. OSTI 1469690.