배터리, 슈퍼커패시터 및 연료전지

배터리

배터리는 전극(양극(+)과 음극(-)), 전도성 전해질, 그리고 음극과 양극 사이를 분리하는 분리막으로 구성됩니다. 재충전 가능한 리튬 이온 배터리(LIB)에서는 1가 리튬 양이온이 전극 사이를 이동합니다. 방전 시에는 음극(-)이 산화(전자 손실)되고 양극은 환원(전자 획득)을 겪습니다. 충전 시에는 이 과정이 반대로 진행됩니다. 높은 에너지 밀도와 전력 밀도, 향상된 안전성, 낮은 재료비 덕분에 리튬 이온 배터리는 전자 산업에 혁명을 일으켰으며, 모바일 기기부터 전기 자동차에 이르기까지 우리 삶의 다양한 측면에 통합되어 있습니다. 2019년에는 리튬 이온 배터리 기술을 개발한 과학자들에게 노벨 화학상이 수여되었습니다. 

연료전지

연료 전지는 양극, 음극 및 전도성 전해질로 구성되며, 총 발전량을 늘리기 위해 종종 직렬로 연결되어 스택을 형성합니다. 전극은 전기를 발생시키기 위해 촉매가 코팅된 다공성 물질로 이루어져 있습니다. 연료 전지에는 사용되는 전해질의 종류에 따라 고분자 전해질 막, 고체 산화물, 인산, 알칼리 및 용융 탄산염 등 다섯 가지 주요 유형이 있습니다. 양성자 교환막(PEM) 기술로도 알려진 고분자 전해질 막 기술은 알칼리 연료전지 기술을 대체할 가장 유망한 기술로 평가받고 있다.

연료 전지는 높은 효율, 낮은 배출량, 적은 환경 영향 덕분에 대체 에너지 기술로 개발되어 기존의 내연 기관을 능가하고 있습니다. 연료 전지는 폐산물로 열과 물만을 배출하므로, 휴대용 기기, 고정형 장치, 교통 수단 등 다양한 분야에서 미래의 전력원으로 유망한 후보로 꼽히고 있습니다.

슈퍼커패시터

슈퍼커패시터의 구성 요소는 배터리와 유사합니다. 그러나 슈퍼커패시터는 전하 저장 능력이 특징입니다. 전극 재료는 슈퍼커패시터의 저장 성능에 기여하며, 정전기적으로 작용하는 이중층 커패시터, 전기화학적으로 작용하는 의사 커패시터, 그리고 이 두 가지 방식을 모두 활용하는 하이브리드 커패시터의 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다.

슈퍼커패시터는 높은 에너지 저장 용량, 긴 보관 수명, 빠른 충전 성능을 갖춘 고밀도 에너지 원으로, 하이브리드 차량, 휴대용 기기 및 에너지 하베스팅 분야에 이상적입니다.