리튬인산철(LFP)-흑연(Gr) 전지는 안전성과 긴 수명으로 대규모 에너지 저장 장치에 널리 사용됩니다. 그러나 고체 전해질 계면(SEI) 형성 시 발생하는 비가역적인 리튬 소모는 초기 용량 손실을 야기하고 전지의 사이클 안정성을 저해합니다. 리튬 과잉 페라이트(Li5FeO4, LFO)는 리튬 손실을 보상하는 유망한 첨가제이지만, 낮은 대기 안정성과 습기에 대한 민감성으로 인해 실제 적용에 어려움이 있었습니다.
본 연구에서는 LFO 입자 표면에 나노 규모의 보호층을 형성하는 TiO2 계면 코팅 전략을 도입하여 LFO의 안정성을 확보했습니다. TiO2 코팅은 LFO의 역형석 구조를 보존하면서 표면 열화를 억제하고 전극 공정 호환성을 향상시켰습니다. 최적화된 1.5% TiO2@LFO는 2시간 동안 대기 노출 후에도 구조적 무결성을 유지했으며, 슬러리 겔화를 효과적으로 완화했습니다.
LFP-Gr 전지에서 TiO2@LFO는 3.5–4.0 V에서 비가역적인 탈리튬 플랫폼을 제공하여 SEI 관련 리튬 소모를 보상하고 초기 방전 용량을 160 mAh g−1에서 175 mAh g−1으로 증가시켰습니다. 또한, TiO2@LFO는 1C에서 500 사이클 이상 안정적인 수명을 가능하게 했으며, 파우치형 전지는 2000 사이클 후에도 60%의 용량 유지율을 달성하며 LED 램프를 구동할 수 있었습니다.
이 연구는 대기 안정적인 LFO 선리튬화 첨가제 개발을 위한 효과적인 계면 공학 접근법을 제시하며, 고에너지 밀도 리튬 이온 전지의 실용화에 기여할 것입니다.
나트륨-황 전지는 대규모 에너지 저장 장치로 유망하지만, 나트륨 덴드라이트 성장, 불안정한 고체-전해질 계면(SEI) 형성, 폴리설파이드 셔틀 효과로 인해 실용화에 어려움을 겪고 있습니다. 본 연구에서는 이온 전도도와 계면 안정성을 동시에 확보하기 위해 새로운 국부 고농도 전해질(LHCE-DEE/TTEE)을 개발했습니다.
기존의 높은 용매화 능력을 가진 DME 대신 중간 용매화 능력을 가진 다이에틸 에테르(DEE)를 사용하여 희석제-용매 상호작용을 완화하고 Na+ 수송을 위한 국부 동적 마찰을 줄였습니다. 또한, DEE는 이온-쌍극자 상호작용을 약화시켜 안정적인 음이온 농축 용매화 클러스터를 형성하며, DEE의 긴 에틸 사슬은 황종(sulfur species)을 양극 내에 가두어 폴리설파이드 셔틀 효과를 억제합니다.
이러한 시너지 효과 덕분에 LHCE-DEE/TTEE 전해질을 적용한 Na||Na 대칭 전지는 2500시간 동안 안정적인 사이클링을 유지했습니다. 황화 폴리아크릴로니트릴 양극과 결합했을 때, 이 전해질은 8.7 mg cm-2의 높은 황 부하량과 4.6 µL mg-1의 희박 전해액 조건에서도 견고한 안정성을 보였으며, 이는 파우치 셀 구성에서도 검증되었습니다.
본 연구는 이온 전도도와 계면 안정성의 균형을 맞추는 LHCE 전해질 설계 전략에 대한 새로운 이해를 제공합니다.
수계 암모늄 이온 전지(AAIB)는 본질적인 안전성과 지속 가능성을 겸비한 차세대 에너지 저장 기술로 주목받고 있습니다. 그러나 AAIB 전해액은 독특한 수소 결합(HB) 네트워크 환경으로 인해 NH4+ 이온의 초고속 수송이 가능하면서도, 동시에 물 분해를 촉진하여 전해액 안정성을 저해하는 근본적인 딜레마에 직면해 있습니다.
본 연구는 AAIB 전해액 내 HB 네트워크의 이중적 역할과 이것이 배터리 성능에 미치는 영향을 종합적으로 분석한 최초의 리뷰입니다. 우리는 이러한 딜레마를 극복하기 위한 기존 전략들, 즉 음이온 공학, 염 농도 조절, pH 조절, 유기 보조 용매 설계, 기능성 첨가제 도입, 반고체 전해액 구성 등을 체계적으로 검토하고 평가하며, 각 전략의 장단점과 향후 전망을 논의합니다.
나아가, 결합 반응 전지, 계면 모델링, 머신러닝 기반 전해액 발굴, 지속 가능한 암모늄 공급원 확보 등 미래 연구 방향을 제시합니다. 이러한 통찰은 차세대 AAIB에서 이온 수송 역학과 전해액 안정성 간의 균형을 맞추기 위한 중요한 프레임워크를 제공합니다.
바이오매스 기반 경질 탄소(HC)는 무질서한 구조와 풍부한 미세 기공 덕분에 나트륨 이온 배터리의 유망한 음극 후보 물질입니다. 본 연구는 1300 °C에서 탄화된 면화대 기반 경질 탄소에 세 가지 화학적 산화 전략(NaClO, H2SO4, H2O2+NaOH)을 체계적으로 적용하여 그 영향을 탐구했습니다.
NaClO 처리 샘플은 0.1 C에서 330.2 mAh g−1의 높은 방전 용량, 81.7%의 높은 초기 쿨롱 효율(ICE), 그리고 2 C에서 1000 사이클 후 81.9%의 용량 유지율(226.0에서 185.1 mAh g−1)을 달성하며 최적의 전기화학적 성능을 보였습니다. 이는 3차원 계층적 기공 네트워크 형성 및 최적의 산소 작용기 덕분입니다.
H2SO4 처리 샘플은 구조적 밀집화로 인해 323.2 mAh g−1의 방전 용량, 75.3%의 ICE, 그리고 1000 사이클 후 77.1%의 용량 유지율(183.5에서 141.5 mAh g−1)을 나타냈습니다. H2O2+NaOH 처리 샘플은 269.8 mAh g−1의 용량과 74.2%의 ICE를 보였으며, 얇은 기공 벽과 풍부한 개방형 중간 기공으로 인한 독특한 활성화 거동을 나타냈습니다.
전반적으로 모든 처리된 샘플은 2 C에서 1000 사이클 후 320.3 mAh g−1의 방전 용량, 68.0%의 ICE, 그리고 90.4 mAh g−1의 용량 유지율을 보인 원시 경질 탄소보다 훨씬 우수한 성능을 나타냈습니다. 이 연구는 바이오매스 기반 경질 탄소의 표면 화학 및 기공 구조를 조절하여 나트륨 저장 성능을 향상시키는 효과적인 전략을 제시합니다.
브라질은 에너지 수요 증가와 간헐적 재생에너지 비중 확대에 직면하여 국가 연계 시스템(SIN)의 유연성, 안정성, 신뢰성 확보가 시급하다. 본 논문은 이러한 에너지 간헐성 문제를 해결하기 위한 두 가지 전략적 해법으로 양수발전(UHR)과 그린 수소를 제시한다.
양수발전은 대규모 에너지 저장에 효과적인 성숙 기술로, SIN에 운영 유연성을 제공한다. 그러나 규제, 환경, 경제적 측면에서 여전히 과제가 존재한다. 그린 수소는 잉여 에너지 저장, 산업 및 운송 부문의 탈탄소화, 장기적인 전력 시스템 안정화에 기여할 유망한 대안으로 주목받고 있다.
이러한 분석을 통해 양수발전과 그린 수소는 브라질의 에너지 전환 과정에서 핵심적인 역할을 수행할 수 있음을 확인하였다. 특히, 두 기술의 상호 보완적 활용은 재생에너지 통합을 가속화하고 전력망의 안정성을 강화하는 데 기여할 것이다.
본 연구는 브라질의 에너지 안보와 지속 가능한 발전을 위한 정책 수립에 중요한 시사점을 제공하며, 간헐적 재생에너지 확대에 따른 전력 시스템의 도전 과제에 대한 실질적인 해결 방안을 모색하는 데 기여한다.
