경쟁이 치열해지는 전기차 모델이 등장하고 있는 것이 사실이지만, 전기차가 현실이 되려면 전기차가 제공하는 자율성은 더욱 커야 한다.
이것이 바로 전고체 배터리의 기본 임무이자 더 큰 안정성과 안전성을 제공하는 것입니다.
솔리드 스테이트 배터리 기술은 오늘날 리튬 이온의 진화입니다. (리튬 이온) 배터리; 전기차 뿐만 아니라 스마트폰 등 모든 전자기기에 사용됩니다.
존 B. 구드너프 독일계 미국인 과학자이자 물리학자인 리튬 이온 배터리의 공동 발명가인 97세의 나이에도 무기 결정 전해질을 사용하는 고체 배터리 개발을 주도하고 있습니다. . 그리고 사실, 샌디에이고에 있는 캘리포니아 대학도 세라믹 산화물 및 유황 유리와 같은 무기 고체에 투자하고 있기 때문에 이 연구에서 그는 혼자가 아닙니다.
고체 전해질을 시장에 도입하면 더 큰 자율성을 제공할 수 있습니다. , 안전성과 안정성 향상, 경제적 비용 절감 훨씬 더 짧은 충전 기간 제공 .
한편, 리튬 이온 배터리는 두 개의 전극으로 구성되어 있습니다.; 분리막으로 분리된 음극과 양극은 셀에 내장되어 전해질에 잠겨 있습니다. , 필요한 이온과 화학적으로 반응하는 전도성 액체 전극 사이. 그리고 여러 셀의 조합이 배터리를 형성합니다.
우리가 차량을 켜면 이러한 화학 반응이 활성화되어 전극 사이의 이온 순환을 시작하여 전자를 생성하고 이를 배터리 클램프로 전달하고 에너지를 생성합니다. 그리고 배터리를 충전하면 입자가 반대 방향으로 순환하여 역과정이 발생합니다.
아시다시피 이러한 배터리는 수명이 제한되어 있습니다. 8~10년 , 이는 약 완전한 충전 주기에 해당합니다. . 이는 액체 리튬이 시간이 지남에 따라 응고되어 수지석이라는 작은 공동을 생성하기 때문입니다. , 배터리를 약화시켜 과열 및 단락을 일으키는 원인이 됩니다.
뿐만 아니라 액체 전해질의 또 다른 문제 인화성 , 안전 및 냉각 시스템이 필요합니다. 열 축적 및 용량 손실을 방지합니다. 그리고 이 모든 것은 배터리의 비용, 무게 및 부피가 더 높다는 것을 의미합니다.
반면 전고체 배터리의 주요 차이점은 전해질 이 경우 액체가 아닌 고체입니다. 즉, 이러한 배터리의 에너지 저장 셀은 전도성 액체를 포함하지 않지만 액체 전해질과 동일한 기능을 수행하는 고체 화합물로 구성되어 있습니다. 즉, 전극 사이에서 이온을 전달하여 에너지를 생성합니다.
전체적인 성능은 동일하지만 무기 고체 전해질을 사용하여 여러 측면을 용이하게합니다. 더 구체적으로 말하자면 John B. Goodenough의 팀은 엔지니어 Maria Helena Braga와 협력하여 이미 2020년 4월에 고체 유리 전해질에 대한 특허를 출원했습니다. 이 버전에는 에너지 밀도와 배터리 수명을 늘릴 수 있는 알칼리 금속 양극이 있습니다.
Spring8 이미지 덕분에 이 새로운 배터리가 현재의 리튬 이온 배터리와 관련하여 어떻게 작동하는지 알 수 있습니다.
생산 및 판매 비용 절감, 안전성 향상, 불연성, 수명 연장, 에너지 밀도 향상 및 재활용 가능성 확대.
셀에 고체 화합물을 사용하면 더 높은 에너지 밀도를 제공하므로 더 높은 에너지 저장 용량을 의미합니다. 유리의 경우 더 적은 무게로 더 많은 에너지를 저장할 수 있습니다.
더 구체적으로 말하면 이 유형의 배터리는 최대 3~5배 더 많은 에너지를 저장할 수 있습니다. 그것의 리튬 이온 동등물보다. 따라서 이는 훨씬 더 높은 자율성을 허용한다는 것을 의미합니다. .
또한 충전 및 방전 주기를 연장할 수 있을 뿐만 아니라 (사용 수명을 늘릴 수 있음), 그러나 또한 수동 배수도 줄입니다. (배터리를 사용하지 않을 때의 방전 과정).
John B. Goodenough가 개발한 리튬 유리 배터리는 20,000회 이상의 완전 충전 주기를 견딜 수 있습니다(실험실 테스트에서 23,000회 초과). ).
고체 전해질은 충전 속도를 높이고 훨씬 더 짧은 충전 시간을 제공합니다. (몇 분 이내), 이러한 시간은 최대 6배 감소 현재 리튬 이온 배터리와 비교.
이는 유리와 같은 고체 무기 화합물로 구성된 배터리가 전극 사이를 더 쉽고 빠르게 이동할 수 있기 때문입니다.
수상 돌기 형성을 방지하고 폭발 및 화재 가능성 제거 -현재 리튬 이온 배터리가 가지고 있는 것(화재 위험이 전기 배터리보다 가솔린이나 디젤의 4배 더 높다는 것을 기억하자) - 제공되는 안전성을 더욱 높일 수 있습니다.
따라서 고체 전해질 배터리는 훨씬 덜 가열되므로 안전 또는 냉각 시스템이 필요하지 않습니다 열 축적을 방지하기 위해. 또한 전극 사이에 분리막이나 보호용 방수 덮개가 필요하지 않으며, 이는 결국 리튬 이온 배터리의 절반 이상의 비용, 무게 및 부피를 합치게 됩니다.
그리고 그것으로 충분하지 않은 것처럼 이 새 배터리는 극한 온도에서도 최적으로 작동합니다. -20°C까지 내려갑니다.
양산은 아직 연구단계지만 유리와 같이 쉽고 빠르게 제조할 수 있는 소재를 이야기한다면 총비용 배터리 자체와 전기차 자체의 크게 감소 . 또한 훨씬 더 지속 가능한 재료로 세포를 제조할 수 있습니다. 현재 리튬 이온보다.
고려해야 할 또 다른 매우 중요한 점은 이러한 배터리가 배터리를 제거 거의 모든 코발트 세포에 존재; 매우 비싸고 희소하며 지속 불가능한 원료입니다.
처음에는 이러한 유형의 배터리가 10년 동안 판매될 것이라고 예상하지 못했습니다. . 그러나 John B. Goodenough와 같이 둘 이상의 제조업체가 이미 이러한 유형의 기술에 투자하고 자체 특허를 개발하기 시작했습니다. 및 삼성 했어. 도요타, 포르쉐, BMW, 피스커, 현대, 제너럴 모터스, 혼다, 닛산, 다임러 및 폭스바겐 이미 개발에 투자하고 있는 브랜드의 예입니다.
삼성 2020년 3월에 현재보다 50% 더 작은 배터리를 생산할 프로토타입을 약속하는 고체 전해질 배터리 개발의 진행 상황을 발표했습니다. 회사는 몇 년 안에 첫 번째 스마트폰을 출시할 수 있을 것으로 추정합니다. 이 새로운 기술로.
도요타 예를 들어, 는 아직까지 충전 기간과 전기 자동차 범위라는 두 가지 분명한 한계가 있다고 생각했기 때문에 순수 전기 자동차 생산을 거부했습니다. 자, 이제 고체 전해질 개발과 함께 Toyota는 마침내 고체 전해질 배터리를 탑재한 최초의 100% 전기 자동차를 출시할 것입니다. 2022년.
우리는 새로운 C-HR EV에 대해 이야기하고 있습니다. 작년 4월에 이미 첫 번째 중국 딜러에게 상륙했지만 유럽에서는 도착하는 데 최소 2년이 더 걸릴 것으로 예상됩니다. Panasonic과의 새로운 조인트 벤처인 Prime Planet Energy &Solutions의 새 회사는 올해 도쿄 올림픽에서 브랜드를 선보일 것으로 예상되었습니다. 고체 전해질 배터리로 구동되는 전기 자동차, 하지만 코로나바이러스로 인해 우리는 조금 더 기다려야 할 것입니다!
MIT의 새로운 연구 (Massachusetts Institute of Technology)도 순수 리튬으로 만들어진 금속 양극의 설계를 연구하고 있습니다.
서문 (대만 배터리 제조업체)는 올해 초 CES(기술 혁신이 제시되는 세계 무대)에서 다양한 자동차 제조업체와 세라믹 전해질(MAB, Multi Axis BiPolar+ 기술)을 전기 자동차에 적용했습니다. 한편, KITECH (한국산업기술연구원)도 이 유망한 신기술에 뒤처지기를 원하지 않습니다.
일부에서는 전고체 전지의 미래가 유리 대신 실리콘을 사용하게 될 것이라고 지적하고, 다른 일부에서는 지구상에서 매우 흔하고 환경에 미치는 영향이 낮은 나트륨(소금) 기반 유리를 사용하는 것이 가장 유망한 것이라고 지적합니다. .
그러나 이 기술의 방법과 구현 시간이 다소 불확실하고 재사용 및 재활용 기준을 고려하여 수행해야 합니다. 진정한 혁명이 수반될 것이라는 점은 분명한 사실입니다. 전기 이동성뿐만 아니라 전체 전자 산업에서.
지속 가능한 전기 배터리로 전력을 공급받는 개인 운송, 대형 운송, 항공 및 해양 지역을 상상할 수 있습니까? 내연 기관과의 완벽한 작별 그리고 오염. 꿈이 이루어졌나요?
