수소는 가장 작은 원자로서 리튬 이온에 비해 에너지 밀도가 1250배 높은 원자임에도 불구하고,
전자와 결합한 상태에서 운동량이 높아서,
에너지를 저장하는 배터리 원자로 부적격하다고 알려져있어.
그래서 수소를 아주 낮은 온도에서 액화 상태에서 저장하고, 수소 연료 전지를 만들고있지.
하지만 역시 방법은 존재했어.
그것은 수소를 수소이온과 전자로 분리해서 저장하는 방식의 배터리를 만드는거야.
이 배터리가 바로 궁극의 수소이온 배터리인데,
음극재에 음극을 띄는 전위가 높은 음극 활물질과 그래핀 탄소 나노 튜브를 결합하고,
그래핀 탄소 나노 튜브의 그래핀의 밀도를 약 4000배~7000배 이상 높이는거지.
그리고 초 미세 다공성 그래핀 나노튜브로 만드는데,
이러면 수소가 공유결합하는 면적이 기하급수적으로 높아지게 되지.
수소 이온 배터리의 에너지 밀도는 그래핀의 밀도와 면적이 결정하게 되는거야.
양극재에 양극 활물질이 없는 대신 양극재에 양극 반응극을 설치하고,
A1에 수소공급관을 설치하는 거야.
그리고 수소를 공급하면서, 충전을 시작하게 되면,
수소의 전자가 반응극을 통해 전선으로 가, 충전기에 들어가고,
충전기에 있던 전자가 음극재로 들어가는거지.
이 과정에서 수소는 전자를 잃어버려, 수소 이온이 되어 분리막 C1을 통과해 음극재에 외부에 이온결합되는거야.
수소 이온은 음극재 외부의 이온 결합이 되고, 전자는 음극재 내부에 저장되는 방식이지.
수소 이온과 전자가 만나지 않아서, 수소가 발생하지 않는거야.
이렇게 계속 충전을 하다가, 최대 충전에 도달하게 되면, 수소 공급관을 닫아 멈추는거지.
그리고 뚜겅을 열고 남은 수소가 배출되도록 하고, 양극재에 설치되어있는 양극 반응극을 분리하고,
양극활물질과 결합되어있는 동일한 용량의 그래핀 탄소 나노튜브를 설치하는거야.
이렇게 양쪽에 동일한 용량의 그래핀 탄소 나노튜브를 양극재와 음극재를 설치하고,
전해질을 넣고, 배터리 뚜겅을 닫는거지.
전기를 사용하면 음극재 내부에 저장된 전자가 전선을 타고 양극재로 가고,
음극재에 결합되어있던 수소 이온이 이온결합을 해제해서,
분리막을 통과해 양극재 탄소 나노튜브와 이온결합을 하는거야.
반대로 다시 충전을 시작하면 양극재에 있던 전자가 전선을 타고 충전기로 들어가고,
충전기에 있던 전자가 음극재로 보내지고, 양극재의 수소이온이 이온 결합을 해제해서,
분리막을 통과해 음극재 탄소 나노튜브와 이온 결합을 하는거지.
한번 배터리를 만들어 두면 수소이온과 전자는 직접적으로 만나지 않게 되는거야.
볼타 전지의 경우에도, 수소를 공급하면서, 충전을 하다 보면 분극 현상이 발생하는데,
음극재의 용량이 낮다고 할수있는거야.
수소이온이 음극재에 결합될 면적이 적었던거지.
그래서 다공성 기질의 1나노 크기의 그래핀 탄소 나노 튜브를 만들면,
대응 면적이 기하급수적으로 늘어나는데, 1나노 크기의 탄소 튜브에 약 수소 원자 10개를 결합할수있어.
그러면 리튬이온 배터리보다 크기는 100배 작아지게 만들면서도 에너지 용량은 10배까지 높일수있어.
현존하는 어떠한 원자보다 에너지 밀도가 가장 우수하고 안정적인 배터리를 만들수있는 원자가 수소인데,
수소를 수소이온과 전자로 분리해, 저장하는 방식의 수소이온 배터리,
2차 천지 배터리 시장을 초토화 시킬수있는 게임 체인저라고 할 수 있지.
에너지 저장 메가팩 사업에서도 비교조차 안되는거야.
수소이온이 가장 작기 때문에 전해질에서 활발하게 이동할수있어서,
분리막을 통과하면서 생기는 열도 줄일수있어.
핵심은 수소 이온과 전자가 만나 수소가 되지 못하도록 하는것,
초고밀도 다공질 그래핀 튜브를 통해, 높은 에너지 밀도를 구현하는것,
그리고 초고밀도 그래핀 소재에 양극 활물질과 음극 활물질을 결합해,
한 쪽은 양극재로 사용하고, 다른 한 쪽은 음극재로 사용하는것,
마지막으로 충전된 배터리의 용량 10%를 사용하지 못하도록 해서,
공유 결합되어있는 그래핀의 형태의 붕괴를 막는것,
이것이 궁국의 수소이온 배터리의 핵심이라고 할수있겠지.
물론 배터리를 만드는 공정도 중요한데,
양극활물질을 설치하기 전에 양극 반응극을 설치하고 수소를 투입해 충전해서 만드는것도 중요하지.
메가팩 배터리 사업, 전기차 배터리 사업의 게임 체인저로,
1000조 가치의 배터리 기술이고 최소 100년 앞선 궁극의 배터리 기술이야
