실리콘-공기 전지

Silicon–air battery

실리콘-공기 배터리는 교수팀이 발명한 새로운 배터리 기술입니다. 기술 – 이스라엘 공과대학교의 그랜드 테크니온 에너지 프로그램에 참여한 Ein-Eli.

실리콘-공기 배터리 기술은 산소와 실리콘의 전극을 기반으로 합니다. 이러한 배터리는 매우 건조한 조건과 높은 습도 모두에 대해 높은 내성을 가지며 경량화될 수 있습니다. 다른 양극-공기 전지, 특히 금속-공기 전지와 마찬가지로 실리콘-공기 전지는 음극을 대기 산소에 의존합니다. 따라서 구조에 양극 재료가 포함되지 않으므로 비용과 무게에서 경제성을 확보할 수 있습니다.[1][2]

상온 이온성 액체 전해질을 이용한 실험용 전지는 실리콘 1제곱센티미터당 0.3밀리암페어의 전류 밀도에서 1~1.2볼트를 생산했습니다.[3]

역사

대중이 이용할 수 있는 유일한 연구 보고서는 그것의 창조자인 Yair-Ein-Eli에 의해 이루어졌습니다. 일라이는 이스라엘 공과대학교에서 데이비드 스타로스베츠키(David Starosvetsky), 공과대학교 대학원생 길 코헨(Gil Cohen), 펜실베니아 주립대학교 디비 맥도널드(Digby Macdonald), 교토대학교 리카 하기와라(Rika Hagiwara)와 함께 연구를 시작했습니다.[4] 일라이가 실리콘을 연료 전지로 사용하는 이유는 높은 비중의 에너지, 자원으로서의 큰 가용성(실리콘은 우주에서 8번째로 풍부하고 지각에서 두 번째로 풍부함), 높은 습도를 가진 장소에 대한 내성, 그리고 독성이 없는 특성 때문입니다.[5] 그들의 실험에서 그들은 다른 액체 산소 용액을 사용하여 다른 전위 에너지와 전압을 테스트했습니다.[6] 배터리에 대한 실험 결과와 이론은 2009년 학술지 Electrochemistry Communications에 온라인으로 발표되었습니다.[6] 이것은 DARPA와 국방부와 같은 기관들의 관심을 끌었고, 현재 이 배터리의 군사적 사용에 대해 연구하고 있습니다.[7] 배터리는 아직 이들 기관에서 연구 중이며 상업용으로 사용할 수 없습니다.

설계.

제1항에 있어서, 상기 전지의 에너지원은 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 올리고플루오로수소산염(EMI·2.3)으로 알려진 이온성 액체를 이용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 전지.HF·F), 상온 이온 액체(RTIL), 및 실리콘을 다량 함유하는 웨이퍼. 웨이퍼는 연료 공급원의 산화(anode) 역할을 하고 RTIL은 웨이퍼를 사용 가능한 에너지로 바꾸는 전해질 역할을 합니다. 유휴 상태에서는 반응 속도를 높일 반도체가 없기 때문에 RTIL이 느린 속도로 웨이퍼를 용해합니다. 사용 시 RTIL은 실리콘 웨이퍼를 용해하기 위해 더 빠르게 반응하여 모든 전자 제품에 사용하기 위한 에너지를 생성합니다.[8] 배터리에는 대부분의 배터리가 양극의 전하 균형을 맞추기 위해 사용하는 내장형 음극이 없습니다.[4] 대신 배터리의 멤브레인이 대기의 산소를 통과시켜 음극 역할을 합니다.

SPECTRE

DARPA와 SRI는 스트레스 기둥 설계 CMOS 기술(SPECRE)을 연구하고 있습니다. 이것은 추가된 기능이 있는 실리콘 공기 배터리를 기반으로 합니다: 적이 포착된 장치로부터 이익을 얻거나 그러한 장치로부터 정보를 얻을 수 있는 능력이 거부되는 장비에서, SPECTRE 배터리는 그것이 작동하는 장치와 함께 자폭함으로써 킬 신호에 반응할 수 있습니다. 이것은 군사 응용 분야에서 잠재적인 관심사입니다.[9][10]

저장용량

배터리의 저장 용량은 알루미늄 공기 배터리와 매우 유사합니다. 실리콘-공기 배터리의 비에너지는 8470 Wh/kg으로 추정되며 에너지 밀도는 약 2109.0 Wh/L입니다. 배터리 전압은 1 – 1.2 V입니다.[6] 전용 전해질 흐름 시스템을 사용하면 수성 전해질의 경우 1000시간 이상의 방전 시간을 달성할 수 있으므로 실리콘 양극을 100% 사용할 수 있습니다.[11]

적용들

실리콘-공기 배터리의 특히 유망한 응용 분야 중 하나는 당뇨 펌프 및 보청기와 같은 소규모 의료 기기에 전원을 공급하는 것인데, 이 경우 지루한 충전이 단점이 될 수 있습니다.[5]

또한 실리콘 공기 배터리의 특성으로 인해 아시아, 미국 또는 아프리카의 열대 지역과 같은 습한 기후에 특히 적합합니다.

일상적인 응용을 위한 실리콘 공기 배터리를 개발하기 위한 연구가 진행 중입니다.[7] 노트북, 전화기 등 가전제품용 전원을 예로 들 수 있습니다.

실리콘-공기 기술을 기반으로 전개 가능하고 확장 가능한 시스템을 개발하려는 노력이 진행되고 있습니다.[10]

참고 항목

참고문헌

  1. ^ Silicon-Air Battery: 수천 시간 동안 중단 없는 전원 공급
  2. ^ 무제한의 유통기한을 가진 새로운 실리콘 공기 배터리
  3. ^ Cohn, Gil (2009). "Silicon–air batteries". Electrochemistry Communications. 11 (10): 1916–1918. doi:10.1016/j.elecom.2009.08.015.
  4. ^ a b "Silicon-air battery promises power for thousands of hours - Renewable Energy Focus". www.renewableenergyfocus.com. Retrieved 2015-11-09.
  5. ^ a b "Thousands of hours of battery, and it's green too". Israel21c. Retrieved 2015-10-20.
  6. ^ a b c Cohn, Gil; Starosvetsky, David; Hagiwara, Rika; Macdonald, Digby D.; Ein-Eli, Yair (2009-10-01). "Silicon–air batteries". Electrochemistry Communications. 11 (10): 1916–1918. doi:10.1016/j.elecom.2009.08.015.
  7. ^ a b "Pentagon seeks to build a disappearing battery". USA TODAY. Retrieved 2015-10-21.
  8. ^ "Silicon/Air Battery for "Vanishing" Electronic Systems SRI International". www.sri.com. Retrieved 2015-10-21.
  9. ^ "SRI International to design vanishing battery for decomposing electronics program". www.militaryaerospace.com. Retrieved 2015-11-09.
  10. ^ a b "Self-Destructing Electronics and Disappearing Batteries Are Coming to the Military". Motherboard. Retrieved 2015-11-09.
  11. ^ Durmus, Y.E.; Aslanbas, O.; Kayser, S.; Tempel, H.; Hausen, F.; de Haart, L.G.J.; Granwehr, J.; Ein-Eli, Y.; Eichel, R.-A.; Kungl, H. (2017). "Long run discharge, performance and efficiency of primary Silicon–air cells with alkaline electrolyte". Electrochimica Acta. 225: 215–224. doi:10.1016/j.electacta.2016.12.120.