칼슘 배터리

칼슘 배터리(Calcium battery) 또는 칼슘이온 배터리(Calcium (ion) batteries)는 리튬이온 배터리를 대체할 차세대 2차전지이다. 이론적으로 칼슘이온을 소재로 전지를 개발할 경우 리튬이온 배터리보다 용량이 크고 에너지밀도도 높은 것으로 알려졌다.

상세

리튬이온 배터리를 대체하기 위해 칼슘이온을 이용한 2차전지 연구가 주목받고 있다. 2차전지는 이온이 전자와 함께 양극과 음극을 이동하면서 충전과 방전이 일어난다. 이 때 이동하는 전자의 수와 양극소재의 특성에 따라 배터리 용량과 전압이 결정되는데, 리튬은 이온당 한 개의 전자가 같이 이동하지만 칼슘은 이온당 두 개의 전자가 이동 가능한 2가 양이온이다. 따라서 이론상 리튬이온 배터리보다 2배의 용량이 가능하며 더 높은 에너지밀도를 구현할 수 있다. 또한 지구상에 풍부한 원소인 칼슘을 이용하기 때문에 경제적이기도 하다.

하지만 리튬보다 큰 칼슘의 이온크기와 높은 산화수(Oxidation number)로 인해 전극물질에 구조적·전하적 변형이 발생하게 된다. 이 때문에 칼슘이온의 작동전압을 구현할 수 있는 양극소재의 개선이 필요하다. 양극소재는 방전 시 이온과 전자를 받아주고, 충전 시 이온과 전자를 음극으로 보내는 탈·삽입 과정의 주요 매개체이며, 전자의 작동전압을 결정하는 소재이다.

칼슘이온 탈·삽입 메커니즘 분석 결과의 시각적 모식도

참고자료

• "Calcium battery", Wikipedia
• 조명의 기자, 〈DGIST, 칼슘이온전지 성능 높인 핵심 소재 개발〉, 《테크월드》, 2020-11-25

같이 보기

• 리튬이온 배터리

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