나노기술 및 정책 정보

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중국과학원 다롄(大連) 화학물리 연구소의 에너지 저장 기술 부서 연구팀은 최근 관련 연구개발을 통해 일종 질화 티타늄 나노로드(nanorod) 배열 3차원 복합 전극 재료를 디자인 및 개발하였으며, 해당 재료를 아연(Zinc) 브롬(Bromine) 기반의 흐름전지(flow battery)에 응용하여 파워 밀도를 대폭 향상시키는데 성공함.

브롬(Bromine) (Br2/Br-) 기반의 흐름전지(flow battery), 특히 아연 브롬 흐름전지는 에너지 밀도가 높고 전해액 원가가 낮은 우세를 보유하고 있으나, Br2/Br- 전자 쌍(雙)의 반응 활성이 비교적 낮고 전극의 분극화가 비교적 심각한 동시에 전기의 파워 밀도가 비교적 낮고 전지 스텍 원가가 상대적으로 높다는 단점을 가짐. 때문에 연구팀은 질화 티타늄 나노로드 배열에 기반을 둔 일종 독립 지지(free-standing) 3차원 층상 복합 전극 재료를 개발함. 연구팀은 관련 디자인을 실행하는 과정에서 탄소 펠트(carbon felt) 전극은 복합 전극의 기판 재료로써 3차원 전기 전도 네트워크는 전극의 높은 전자 전도율을 보장하며, 질화 티타늄 나노로드 배열은 Br2/Br- 전자쌍으로 하여금 높은 촉매 활성을 보유할 수 있도록 하여 전극의 전기화학 분극화를 감소시킨다는 점을 발견하였음. 그 외, 연구팀은 이번 연구를 통해 3차원 층상과 로드 상태의 배열 구조는 전해액이 전극 내부로 침투되는데 유리하게끔 하고, 전극의 이온 전송 속도를 향상시키며, 이로 인해 물질 이동(mass transfer)의 분극화를 감소시키고, 아연 브롬 흐름전지의 작업 전류 밀도를 대폭 향상시킨다는 점을 입증하였음.

연구팀은 이번 연구를 통해 높은 파워 밀도를 보유한 브롬 기반의 흐름 전지 전극 재료의 디자인 및 제조를 위한 새로운 아이디어를 제공하였다고 평가됨.

본 연구 성과는 ‘Advanced Materials’에 게재됨.