알루미늄 공기 배터리

AAB | 핵심 보유기술

- 금속 연료전지 셀을 포함하는 금속 연료전지 유닛

- 자체 개발한 전해질 PH-70B와 Al-합금 재료로 전기 생산

- 특허 등록

- AAB(Aluminum Air Battery)를 통한 전기 생산 

Technology Analysis | 기술성 분석

산화극에서는 알루미늄의 산화반응이 일어납니다(Al + 3OH- → Al(OH)3 + 3e-).

하지만 주반응 이외의 알루미늄의 부식 및 수소 기체 발생 반응(Al + 3H2O → Al(OH)3 + 3/2H2)이 부수적으로 일어나면서 알루미늄의 이용효율을 낮추고, 이론 용량에 못미치는 실제 용량을 나타내게 됩니다. 

당사의 보유기술은 위와 같은 문제를 해결합니다.

- 알루미늄 음극 및 공기 양극으로, 알루미늄이 산소, 물과 반응하여 전자를 방출하는 원리를 이용한 1차 배터리로 가볍고 저렴하며 무엇보다 폭발하지않는 장점이 있음.

 - 경제적이면서도 뛰어난 에너지 밀도를 지닌 알루미늄-공기 전지는 지난 60여 년 동안 수많은 연구가 진행되어왔지만 반응 생성물인 수산화 알루미늄(AlOH4-)의 처리 등등 기술적 난제를 해결하지 못해 상용화에 실패함. 결과적으로 알루미늄 에어 배터리가 성공하지 못했기에, 역사는 경제성, 리튬 자체의 취약성, 불안정성 등 많은 한계를 가진 리튬배터리로 넘어감.

- Alcoa의 AAB는 알루미늄 1kg당 4kWh를, 약 20마일(32km)의 거리를 갈 수 있음. 알루미늄 50kg일 때 최대 1,000마일까지 확장.

- 전기자동차에서 리튬 이온 배터리를 보완하기 위해 알루미늄 공기 배터리를 사용. 페어링을 통해 자동차 제조업체는 리튬 이온 배터리의 크기를 줄여 무게와 비용을 줄이고 일일 평균 통근 거리로 사용.

- 전기자동차에서 요구하는 최소 주행거리의 50%이하 수준

- 따라서 충전인프라 구축에 천문학적인 비용 필요 *전기차 보급에 결정적인 장애요인

- 높은 가격(약 $500/Kw로서 전기자동차 가격의 50%선)

- 희유금속인 리튬은 수요급증에 따른 가격 폭등요인 상존

- 폭발 위험성 상존

- 이론적에너지(enthalpy) 값이 매우 높음 *10.167kWh/kg(36.6MJ/kg)

- Al-Air (1차)는 1.3 $/KWh

- 쓰레기가 발생되지 않으며 100% 재활용 가능한 Al(OH)3이 생성됨 *Al로 재생시 0.3$/kWh로 수렴

- 대형화 설계시 10W에서 수백 kW까지 넓은 범위의 전력을 생산할 수 있음

- 어느 조건에서든 신속히 기계적으로 간단하게 재충전 할 수 있음

- 1번 그림은 기존 KOH 수용액을 사용하여 전지를 24시간 가동한 후 전지기능이 정지된 상태의 전지 셀의 내부-반응생성물인 수산화알루미늄 전지 셀 내부에 흡착된 모습

- 이 때 3번처럼 공기양극 표면에 흡착된 수산화알루미늄으로 인해 기능이 완전히 상실됨

- 4, 5번 그림은 당사 연구팀이 개발한 전해질 용액을 사용하여 3개월 동안 연속 작동시킨 전지 셀 내부의 깨끗한 모습

- 석탄, 석유, 원자력 등 동력에 대한 의존도 감소 및 범국가적 에너지 자립 대폭 제고

- 전기 사용 모든 산업이 경제적인 전기사용을 바탕으로 추가 수익 창출 가능

- 전기자동차의 경우 막대한 비용의 충전인프라 없이 대외 기술경쟁력 배가

- 가정용 냉난방은 물론 온실 전원사용 등을 통한 계층간 에너지 양극화 해소

- 에너지 한류(韓流)를 통한 농업 및 인류의 복지 향상으로 국제평화에 기여 *저개발국가 원조자금 투자

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