보배드림

리튬이온 배터리에 비해 에너지 밀도를 최대 1250배까지 높일수있는 배터리가 등장하면 배터리 혁명이 일어나는데,

수소 이온 배터리가 바로 그 배터리야. 그런데 1세대 배터리에는 단점이 있어. 

수소이온이 공유 결합되게 만들려면 수소이온에 대응하는 면적과 그래핀의 질량이 높아져야하는데,

에너지 밀도를 높이기에는 한계가 있었던거지.

그래서 커패시터 수소이온 배터리를 만드는거야.

현재 개발된 슈퍼 커패시터 배터리는 리튬이온에 비해 에너지 밀도가 1/50배 작은데,

수소이온 커패시터 배터리는 리튬이온 배터리에 비해 에너지 밀도를 이론적으로 1250배까지 높일수있어.

이 배터리가 바로 궁극의 수소이온 커패시터 배터리인데,

배터리 내부와 음극재에 다공성 그래핀을 절연체로 코팅하는거야. 

그리고 초순수로 가득 체우고 양극재에는 양극 반응극을 설치하는거지.

양극 반응극에 수소를 공급하면서 충전을 시작하게 되면 유입된 수소가 양극재에 닿아,

수소이온과 전자로 분리되는데,이때 전자가 양극 반응극을 타고 전선을 통해 음극재로 이동해 그래핀 내부로 가게되고,

수소이온은 초순수 물에 녹아, 전기장에 의해서 분리막을 통과해 음극재로 끌려가는거야.

음극재 부분에는 절연체로 코팅이 두껍게 되어있기 때문에 직접 닿지 않는거지.

커패시터의 원리랑 동일한거야. 

그러면 전자는 금속 내부에 쌓이고, 절연체 외부에 수소이온이 쌓이게 되는거지.

이렇게 수소를 계속 공급하면서 충전을 해서, 더이상 충전이 불가능할정도로 충전을 하면 수소공급관을 잠그고,

배터리를 들어 올려서, 양극 반응극을 분리 해제하고, 동일한 용량의 양극활성물질이 혼합된 그래핀 양극재를 결합하는거야.

마찬가지로 이 양극재도 절연체로 코팅이 되어있는거지.

그리고 배터리 뚜겅을 닫고 출시하는거야.

전기를 사용하면 음극재에서 전자가 외부로 흘러들어가 다시 양극재에 쌓이게 되고,

수소이온이 다시 이동해서 그 전기장에 전기장 결합을 하게 되는거지.

배터리를 만드는 과정에서 수소를 주입하고 배터리를 충전하게 되면 전해질의 PH농도가 PH7에서 PH1까지 가는데,

수소 이온 농도가 1,000,000배 늘어나있는거야.

PH-1, PH-2, PH-3, PH-10까지 낮추면 1000만배, 1억배, 10억배, 100,000,000억배까지 농축이 되는거지.

물론 그만큼 수소이온 원자량이 많아져서 무게가 증가해서 물리적 한계량으로 PH-1, PH-2가 한계일꺼야.

커패시터 배터리의 경우, 음극재가 안정적으로 전자를 저장할수있는 용량과

절연체에 가둔 수소이온의 농축도에 따라 배터리의 에너지 밀도가 결정되는데,

음극재에 전자 밀도가 높아져서 엄청난 전기장을 만들게 되면 그 전기장에 의한 수소이온이

1겹이 아니라 10겹,100겹,1,000겹, 10,000겹, 100,000겹 100억겹으로도 겹쳐질수있어.

여기서 커패시터 배터리가 더 안정적인 구조로 만들기 위해서, 새로운 형태의 배터리 구조로 만드는데,

사각형 배터리 안에 원형의 배터리 겹으로 나누는거지.

이 배터리를 보면 사각형 배터리 안에 A 양극재, B 음극재에 원형 형태로 절연체가 칸막이처럼 나뉘어져있어.

A-1와 A-2, B-1과 B-2,그리고 c에도 전해질과 수소이온이 가득차있지.

만약에 A 양극재의 전자 밀도가 높으면 A-1에 있는 양전하 수소이온이 대부분 A가 만든 전기장에 끌려가게 되지.

그런데 그 전기장을 완전히 상쇄시키지 못하는 초과되는 전기장은 A-2 지점에 있는 전해질에 있는 수소이온을 당기는거야. 

그래도 초과하면 C의 지점에 있는 전해질을 끌어 당기는거지.

이 배터리는 좀 다른 개념인데, A-1과 A-2는 A의 전기장에만 영향을 받는거야.

거리나 전기장의 세기에 따라 형태가 바뀌지.

 B-1과 B-2 B의 전기장에 영향만 받는거야.

그런데 C의 경우 공유 상태지.

C에 있는 수소이온은 A와 B의 전기장의 세기나 범위따라 자유롭게 이동이 가능하도록 만든거야.

그래서 충전하는 과정에서 양전하에 있던 전자가 B로 옮기는 과정에서 전기장의 힘이 양극재에서 음극재로 이동하면,

A-1과 A-2의 수소이온의 배열과 상태가 바뀌고 C의 수소이온이 음극재로 이동하는거지.

이걸 그림으로 보면 이런데,

왼쪽은  A의 전자 밀도가 매우 높을때야. 그러면 전기장의 세기가 강해지면서 B와 C 지점에 있는

수소이온을 전기장으로 당기는데, 이때 보라색이 바로 수소이온이야. 수소이온이 절연체 막에 달라 붙어있는거지.

만약에 A의 전자를 외부로 방출해 낮추게 되면 오른쪽처럼 수소이온이 퍼져있는거야.

전자 밀도에 따라서 배터리 내부의 수소이온의 배열과 분포도가 다르게 결정되는거지.

그리고 이 이상을 초과하는 전기장은 외부 공유 전해질 수소이온을 통해 좌우로 이동하는거야.

전해질은 수소이온을 이동시키며 발생한 열을 배출해 외부로 배출하도록 설계 되어있어.

만약에 전자 밀도를 더 높이고 안정적인 결과를 위해서, 음극재나 양극재를 1겹과 2겹이 아니라 3겹 4겹 5겹으로 늘릴수도있고, 

그 간격을 늘리고 수소이온의 농도를 다르게 할수도있지.

이 겹이 늘어날수록 더 안정적으로 전기장을 통제 시킬수있는거야.

슈퍼커패시터의 배터리 전압은 3v인데, 

이 3v에서 100만볼트까지 높이게 되면 에너지 밀도가 100억배가 상승하지.

이때 만들어지는 전기장이 너무 강력해서 배터리 주변 양전하를 강력하게 끌어당기면서 폭팔 시킬수있는데,

에너지 밀도를 1000배 까지 높이기 위해서 3겹 구조가 가장 이상적인거야.

그래서 단순하게 전압만 높이는 방식으로 슈퍼커패시터의 에너지 밀도를 높일수없고, 

그에 대응하는 양전하의 양도 높여야하고 그 전기장에 의해 만들어지는 압력을 버틸수있는 절연체 물질과 구조로 만들어야 하는거지.

왜냐면 양전하를 당기는 힘을 절연체가 못버티면 파괴되어 누설전류가 생기고 배터리가 폭팔하기 때문이야.

현재 개발된 슈퍼 커패시터 배터리에 비해 에너지 밀도를 100배 1000배 최대 1만배까지 높일수있고,

커패시터 배터리로 리튬이온보다 같은 질량 대비 에너지 밀도를 1250배까지 높일수있어.

3차 전지는 얼티메이트 커패시터 수소이온 배터리이며 리튬이온 배터리보다 에너지 밀도를 100배 높이면서 크기를 10배 작게 만들수있다는거지.

그러면 우주, 항공, 여객, ESS 에너지 저장 부분에서도 독보적인 위치를 선점할수있는 초격차 초혁신 기술이야.