호주의 연구진이 물이 분할하여 생성되는 양성자(protons)를 간단히 저장하는 것에 기반을 둔 새로운 수소 전지 개념을 개발했다.

 

호주의 RMIT 대학(Royal Melbourne Institute of Technology)이 개발한 이 새로운 개념은 전지 구동 장비를 위한 에너지 자원으로서, 리튬을 대체할 수 있는 수소의 잠재력을 향상시켰다.

이 프로톤 플로우 개념은 수소 가스의 복구와 저장, 그리고 생산의 필요성을 없앴는데, 이는 현재 수소 기반의 전기 에너지 저장 시스템이 가진 효율성에 제한을 가해왔다.

 

RMIT 항공 우주 및 기계, 제조 공학부의 조교수인 John Andrews 교수가 이끄는 연구진은 이 새로운 개념이 수소 연료 전지와 전지 기반 전력의 가장 좋은 측면을 결합한 것이라고 밝혔다.

“물의 유입은 충전 모드에서, 그리고 공기는 방전 모드에서 필요하다. 우리는 이 새로운 시스템을 ‘프로톤 플로우 전지’라고 부른다”고 조교수인 Andrews가 말했다. “프로톤을 이용하여 전지에 전력을 공급하는 것은 리튬 이온을 사용하는 것보다 경제적으로 훨씬 더 이점이 있다.

 

왜냐하면 리튬 이온은 상대적으로 부족한 미네랄이나 염수, 또는 점토 자원으로부터 그 생성이 이루어져야 하기 때문이다. 수소는 청정 에너지원으로서의 큰 잠재력이 있으며, 이 연구는 소비자 기기에서부터 대규모 전력 설비 저장이나 전지 자동차까지 광범위한 응용에서 이를 사용할 수 있는 가능성을 크게 향상시켰다”고 그는 말했다.

이 개념은 금속 수소화물 저장전극을 가역적인 양성자 교환막 (reversible proton exchange membrane, PEM) 연료 전지를 통합한 것이다. 충전 중에, 물 분할로부터 생성되는 프로톤은 직접 전자와 연료 전지의 한 전극 내에 있는 금속 입자와 결합하여, 에너지 저장원으로서 고체 상태의 금속 수소화물을 형성한다.

 

전기를 재공급하기 위해서는 이러한 과정이 역으로 진행된다. 2014년 1월자 International Journal of Hydrogen Energy에 실린 이 연구에서, 그들은 원칙적으로 프로톤 플로우 전지의 에너지 효율성이 리튬 이온 전지의 그것보다 훨씬 더 높으며, 질량이나 부피당 더 많은 에너지를 저장할 수 있다고 밝혔다.

이 연구는 이러한 프로톤 플로우 전지의 개념을 확실하게 설명하고, 그 실험적 예비 증거를 제시한 첫 번째 논문이다. “우리의 초기 실험 결과는 이러한 개념의 전망을 보여주는 흥미로운 표시였지만, 앞으로 계속될 추가 연구와 개발은 이것의 실제적 상용 프로그램을 위한 도약이 될 것”이라고 Andrews가 말했다.

 

 

 

 

 

The novel concept developed by researchers at RMIT University advances the potential for hydrogen to replace lithium as an energy source in battery-powered devices.

 

The proton flow battery concept eliminates the need for the production, storage and recovery of hydrogen gas, which currently limit the efficiency of conventional hydrogen-based electrical energy storage systems.

 

Lead researcher Associate Professor John Andrews, from RMIT's School of Aerospace, Mechanical and Manufacturing Engineering, said the novel concept combined the best aspects of hydrogen fuel cells and battery-based electrical power.

 

"As only an inflow of water is needed in charge mode - and air in discharge mode - we have called our new system the 'proton flow battery'," Associate Professor Andrews said.

 

"Powering batteries with protons has the potential to be a much more economical device than using lithium ions, which have to be produced from relatively scarce mineral, brine or clay resources.

 

"Hydrogen has great potential as a clean power source and this research advances the possibilities for its widespread use in a range of applications - from consumer electronic devices to large electricity grid storage and electric vehicles."

 

The concept integrates a metal hydride storage electrode into a reversible proton exchange membrane (PEM) fuel cell.

 

During charging, protons produced from splitting water are directly combined with electrons and metal particles in one electrode of a fuel cell, forming a solid-state metal hydride as the energy storage. To resupply electricity, this process is reversed.

 

Published in the International Journal of Hydrogen Energy (January, 2014), the research found that, in principle, the energy efficiency of the proton flow battery could be as high as that of a lithium ion battery, while storing more energy per unit mass and volume.

 

The published paper is the first to articulate and name the proton flow battery concept, and the first to include an experimental preliminary proof of concept.

 

"Our initial experimental results are an exciting indicator of the promise of the concept, but a lot more research and development will be necessary to take it through to practical commercial application," Associate Professor Andrews said.