게 껍질은 아연 이온 배터리의 수명을 늘려줍니다.
전력망을 화석 연료에서 재생 가능한 에너지원으로 전환하기 위해서는 보다 발전된 에너지 저장 시스템이 필요합니다. 한 가지 잠재적인 해결책은 전력을 효율적으로 저장할 수 있는 배터리 개발에 갑각류 껍질, 특히 게의 껍질을 활용하는 것입니다.
도전 과제: 전기 생산은 미국 온실가스 배출량의 25% %를 차지하므로 화석 연료에서 풍력 및 태양열과 같은 청정 에너지원으로 전환하는 것은 기후 변화에 대응하는 데 있어 매우 중요한 부분입니다.
운송 부문에서 전기화로의 성공적인 전환을 촉진하기 위해서는 기존 전력망의 용량과 도달 범위를 크게 늘려야 합니다. 이는 현재 미국 전체 온실가스 배출량의 약 28%를 차지하는 전기 자동차의 광범위한 채택을 지원하기 위해 필요합니다.
에너지 저장 시스템은 재생 에너지원의 간헐성을 완화하는 수단으로 사용될 수 있습니다.
재생 에너지의 평균 비용은 현재 화석 연료와 경쟁력이 있지만, 이러한 에너지원은 언제든 가스를 태울 수 있지만 바람이 불거나 태양이 비추는 것을 강제할 수 없고 날씨가 협조할 때만 전기를 생산하는 전력망을 가질 수 없는 등 안정적이지 않습니다.
에너지 저장 시스템은 가용성이 높은 시간대에 여분의 재생 에너지를 저장했다가 수요가 많을 때 방출함으로써 안정적인 전력 생산을 보장하는 중요한 요소입니다
태양열 및 풍력 발전소와 같은 재생 에너지원은 전기 자동차 및 노트북과 같은 전자 장치에 흔히 사용되는 리튬 이온 배터리를 에너지 저장 용도로 점점 더 많이 활용하고 있습니다. 그러나 리튬 이온 배터리는 에너지 밀도와 수명 측면에서 장점이 있지만, 높은 비용과 연소 가능성 등 몇 가지 단점이 있어 재생 에너지 시스템의 안정적인 에너지 저장 소스로서의 적합성을 떨어뜨리고 있습니다.
리튬 이온 배터리를 대체할 수 있는 잠재적인 기술 중 하나는 아연 이온 기술이며, 아연의 광범위한 가용성과 경제성으로 인해 안정성이 높고 비용이 저렴하다는 장점이 있습니다. 그러나 이러한 배터리는 일반적으로 리튬 기반 배터리에 비해 수명이 짧습니다.
“[D] 충전-방전 사이클 동안 아연은 수상 돌기라고 하는 무작위적이고 뾰족한 결정으로 성장하는 경향이 있으며, 이는 배터리를 충전할 때 쉽게 단락을 일으킬 수 있습니다.“라고 워털루 대학의 화학과 교수이자 아연 이온 배터리 에 대한 2022년 연구의 공동 주 저자인 린다 나자르는 말합니다.
새로운 소식은? 메릴랜드 대학교(UMD)의 연구원들은 게 껍질에서 발견되는 “키토산"이라는 화학 물질이 아연 이온 배터리의 전해질 (충전 및 방전 중에 이온을 운반하는 데 도움이 되는 물질)에 통합될 때 수상 돌기의 성장을 억제하는 데 도움이 될 수 있음을 발견했습니다.
기존의 충전식 아연 이온 배터리는 최대 용량으로 며칠 또는 일주일 정도만 작동할 수 있지만, UMD의 린 쉬 연구원은 볼티모어 선 에 자신의 팀이 개발한 배터리는 1년 후에도 70% 효율을 유지할 수 있어 재생 에너지 저장 시스템에 적합한 옵션이 될 수 있다고 말했습니다.
돌이켜보면 이 연구를 위해 UMD에서 개발한 동전 크기의 키토산 배터리는 이 기술을 확장할 수 있는 잠재력을 보여주는 증거가 됩니다. 쉬 박사는 이 해산물 강화 배터리가 전력망의 탈탄소화에 크게 기여하는 미래를 상상하고 있습니다.
재생 에너지의 저장 문제는 게 껍질이나 기타 구성 요소로 제조된 아연 이온 배터리를 비롯한 다양한 방법으로 해결할 수 있는 과제입니다.
모래, 소금, 유황과 같은 물질로 만든 배터리를 에너지 저장 장치로 사용할 수 있는 가능성을 조사하고 있으며, 이러한 기술을 혼합하면 궁극적으로 전력망의 완전한 탈탄소화가 가능할 것으로 기대됩니다.
“승자는 없습니다.” 재생 에너지를 전력망에 통합하기 위해 광범위하게 연구하는 DOE의 국립 재생 에너지 연구소 연구원 아다르시 나가라잔이 말했습니다. “그리드 안정성과 복원력이라는 특정 목표를 달성하고 고객의 요구를 충족하기 위해 이들 모두가 함께 협력해야 합니다.”
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