호주, 리튬 배터리보다 에너지 밀도가 높은 양성자 흐름 배터리 시스템 개발
시장에는 이미 많은 수소 연료 구동 리튬 배터리 차량이 있지만 호주의 Royal Melbourne Institute of Technology의 연구원들은 “양성자 흐름 배터리”의 개념을 제시했습니다. 이 기술이 대중화되면 수소 기반 전력 에너지 시스템의 적용 범위를 확대하고 리튬 이온 배터리의 잠재적인 대체품이 될 수 있습니다. 에너지 저장 배터리 비용은 물론, 생산, 저장 및 수소를 회수할 때 양성자 흐름 장치는 전통적인 의미에서 배터리처럼 작동합니다.

JohnAndrews 부교수와 그의 “양성자 흐름 배터리 시스템” 예비 개념 증명 프로토타입

기존의 시스템은 물을 전기분해하여 수소와 산소를 분리한 다음 연료로 구동되는 리튬 배터리의 양쪽 끝에 저장합니다. 전기가 들어오려고 하면 수소와 산소가 화학 반응을 위해 전해조로 보내집니다.

그러나 양성자 흐름 배터리의 작동은 가역성 양성자 교환막(PEM) 연료 구동 리튬 배터리에 금속 수소화물 저장 전극을 통합하기 때문에 다릅니다.

이 프로토타입 장치의 크기는 65x65x9mm입니다.

이 프로젝트의 수석 연구원이자 RMIT(Royal Melbourne Institute of Technology) 항공우주공학부의 기계 및 제조 공학과 부교수인 John Andrews에 따르면, “혁신의 열쇠는 가역 연료 구동 리튬에 있습니다. 통합 저장 전극이 있는 배터리. 우리는 양성자를 기체로 완전히 제거했습니다. 전체 과정을 처리하고 수소를 고체 상태 저장소로 직접 보내십시오.”

변환 시스템은 수소에 전기 에너지를 저장한 다음 전기를 “재생”합니다.

충전 과정은 물을 수소와 산소로 분해하고 수소를 저장하는 과정을 포함하지 않습니다. 이 개념 시스템에서 배터리는 물을 분할하여 양성자(수소 이온)를 생성한 다음 연료 구동 리튬 배터리의 전극에서 전자와 금속 입자를 결합합니다.

배터리 에너지 저장 시스템 설계

궁극적으로 에너지는 고체 금속 수소화물의 형태로 저장됩니다. 반대 과정에서 전기(및 물)를 생성하고 양성자를 공기 중의 산소와 결합하여 물을 생성할 수 있습니다.

고체 양성자 저장 전극과 통합된 “가역 연료 구동 리튬 배터리”(X는 수소에 결합된 고체 금속 원자를 나타냄)

Andrew 교수는 “충전 모드에서는 물만 흐르고 방전 모드에서는 공기만 흐르기 때문에 새로운 시스템을 양성자 흐름 배터리라고 부릅니다. 리튬 이온에 비해 양성자 배터리가 훨씬 더 경제적입니다. 리튬은 상대적으로 희소한 광물, 염수 또는 점토와 같은 자원에서 채굴해야 하기 때문입니다.”

플로우 배터리 에너지 저장

연구원들은 원칙적으로 양성자 흐름 배터리의 에너지 효율이 리튬 이온 배터리와 비슷할 수 있지만 에너지 밀도가 훨씬 더 높다고 말했습니다. 앤드류 교수는 “초기 실험 결과가 흥미롭긴 하지만 상용화까지는 아직 연구개발 과제가 많다”고 말했다.

팀은 65x65x9mm(2.5×2.5×0.3인치) 크기의 예비 개념 증명 프로토타입을 제작하여 “International Hydrogen Energy” 잡지에 게재했습니다.