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1분 만에 노트북을 충전하시겠습니까?
죽은 노트북이나 휴대폰을 1분 안에 충전할 수 있거나 전기 자동차에 10분 안에 완전히 전원을 공급할 수 있다고 상상해 보십시오.
아직은 가능하지 않지만, CU 볼더 과학자 팀의 새로운 연구는 잠재적으로 그러한 발전으로 이어질 수 있습니다.
오늘 미국 국립과학원회보에 발표된 안쿠르 굽타(Ankur Gupta) 연구실의 연구원들은 이온이라고 불리는 작은 하전 입자가 미세한 기공의 복잡한 네트워크 내에서 어떻게 움직이는지를 발견했습니다. 이 돌파구는 슈퍼 커패시터와 같은 보다 효율적인 에너지 저장 장치의 개발로 이어질 수 있다고 화학 및 생물 공학 조교수인 굽타(Gupta)는 말했습니다.
"지구의 미래에서 에너지의 중요한 역할을 감안할 때, 저는 에너지 저장 장치를 발전시키는 데 화학 공학 지식을 적용해야겠다는 영감을 받았습니다. 이 주제가 다소 미개척된 것처럼 느껴졌고, 따라서 완벽한 기회라고 느꼈습니다."
Gupta는 오일 저장소 및 물 여과와 같은 다공성 물질의 흐름을 연구하기 위해 여러 화학 공학 기술이 사용되지만 일부 에너지 저장 시스템에서는 완전히 활용되지 않았다고 설명했습니다.
이 발견은 차량 및 전자 장치에 에너지를 저장하는 것뿐만 아니라 에너지 수요 변동으로 인해 수요가 적은 기간 동안 낭비를 방지하고 수요가 많을 때 신속한 공급을 보장하기 위해 효율적인 저장이 필요한 전력망에도 중요합니다.
모공에 축적된 이온에 의존하는 에너지 저장 장치인 슈퍼 커패시터는 배터리에 비해 충전 시간이 빠르고 수명이 깁니다.
"슈퍼 커패시터의 가장 큰 매력은 속도에 있습니다"라고 Gupta는 말했습니다. "그렇다면 어떻게 하면 에너지를 더 빨리 충전하고 방출할 수 있을까요? "
그들의 발견은 1845년 이래로 전기 회로의 전류 흐름을 지배해 왔으며 고등학생의 과학 수업에서 필수품인 키르히호프의 법칙을 수정합니다. 전자와 달리 이온은 전기장과 확산으로 인해 움직이며, 연구진은 기공 교차점에서의 이온의 움직임이 키르히호프의 법칙에 설명된 것과 다르다고 판단했습니다.
연구 이전에는 이온 운동이 문헌에서 하나의 직선 기공으로만 설명되었습니다. 이 연구를 통해 수천 개의 상호 연결된 기공으로 구성된 복잡한 네트워크에서 이온 이동을 몇 분 안에 시뮬레이션하고 예측할 수 있습니다.
이상의 기사는 2024년 5월 25일 Phys.org에 게재된 “Charge your laptop in a minute? Supercapacitors can help; new research offers clues”제목의 기사 내용을 편집하여 작성하였습니다.
* 원문정보 출처 : Charge your laptop in a minute? Supercapacitors can help; new research offers clues (phys.org)
* 추가정보 출처 : A network model to predict ionic transport in porous materials | PNAS