2차전지 + 연료전지

지난 포스팅에서 이야기한 연료전지를 자동차의 배터리로 사용할 경우 연료를 공급해주기만 하면, 항속거리를 무제한으로 할 수 있습니다. 하지만 연료전지의 큰 단점으로 연료를 주로 수소를 쓰므로 단위부피당 출력밀도가 낮아 고압으로 압축된 수소탱크를 써야 한다는 문제점이 있습니다. 

그렇지만 그냥 2차전지만으로 사용한다면 높은 용량(항속거리)를 가진 배터리를 제조하기가 힘듭니다.

따라서 연료전지와 2차전지를 함께 사용한 타입의 차세대 전지개발이 이루어지고 있는데,

우선 2차전지의 소재별 특성을 생각해보면, 

Mn을 사용하는 경우 Mn은 안정하고 기전력이 좋지만 용량이 낮습니다.

Ni를 사용하는경우 용량이 커서 좋지만 불안정합니다.

따라서 중간정도의 성질을 가진 Co를 가장 많이 사용합니다.

실제로는 3가지를 모두 혼합하여

Li(Co,Mn,Ni)O2의 소재를 사용하여 점점 용량을 늘려가고 있습니다.

이러한 혼합된 소재의 경우 위의 특성들을 생각해보면 예를들어 Ni를 많이 사용할 경우 용량이 높아지게 되지요.

이러한 LI(Ni,Mn,Co)O2를 cathode쪽에서 사용하는데, (2차전지에서 cathode=+극)

반대로 anode쪽에서는 graphite를 주로 사용합니다.

최근에는 LiFeO2를 개발중에 있는데, Fe는 가격을 절감할 수 있는 소재이므로 비용측면에서 좋습니다.

이러한 소재들을 특성에 맞게 그래프에 넣어 생각해보면, x축에 용량, y축에 퍼텐셜을 생각해 그려보면

y축 위로 올라가 있는 소재일수록 기전력이 높고, x축으로 길게 나간 소재일수록 용량이 높습니다.

이때 이제 +극 소재에서 (cathode) 환원반응, -극 소재 (anode)에서 산화반응이 일어나게 되는데,

이론적으로는 O2를 cathode소재, Li를 anode소재로 사용하는 것이 용량과 기전력면에서 좋습니다.

따라서 우리는 cathode소재로 O2를, anode소재로 Li를 쓰는 Li-air fuel cell을 이상적으로 생각해 볼 수 있습니다.

이때 이론용량을 구하는 방법은 물질 상관없이 용량은 96485C/mol = 96485*mol