EV 자동차용 고체 배터리 기술: 앞으로의 과제

"내부에 무엇이 있는지"라는 문구는 빠르게 구식이 되고 있습니다. 내연 기관으로 구동되는 자동차의 경우, 엔진은 자동차의 전반적인 성능에 있어 가장 중요한 요소인 경우가 많습니다. 그러나 오늘날 EV가 대두되면서 그 질문은 논쟁의 여지가 있습니다. 일반적으로 후드 아래에 다양한 비전통적 구성 요소와 약간의 저장 공간이 있기 때문만은 아닙니다.

오늘날 EV 구매를 고려하는 소비자에게 가장 중요한 구성 요소는 배터리입니다. 오늘날 모든 대중 시장 EV는 리튬 이온 배터리 팩을 사용하여 전기 모터에 전력을 공급합니다. (때로는 화학적 성질이 다르지만 리튬은 여전히 ​​핵심 요소입니다.) 이러한 배터리는 크고 무거워서 자동차 바닥 전체를 차지하는 경우가 많습니다. 일부는 심지어 트렁크와 전송 터널의 일부를 먹어치우기도 합니다.

오늘날의 배터리는 극한의 온도에도 민감하고 가스 충전에 비해 충전 속도가 느리며 시간이 지남에 따라 성능이 저하되고 끔찍할 정도로 강렬한 지옥으로 변할 수 있습니다. 최근 몇 년 동안 리튬 이온 배터리 설계가 훨씬 개선되었지만(개별 셀의 폭발성이 훨씬 줄어들었음) 기본 구조는 화재가 항상 위험하다는 것을 의미합니다.

그러나 EV 성능에 혁명을 일으킬 수 있는 새로운 유형의 배터리가 개발 중입니다. 이를 통해 무게를 줄이고 폭발 위험을 줄이면서 더 많은 에너지를 제공하는 팩을 만들 수 있습니다. 이를 전고체 배터리라고 하며, 엄청난 잠재력을 갖고 있음에도 불구하고 시장에 출시되기 전에 극복해야 할 장애물이 여전히 많습니다.

전고체 배터리의 차이점을 이해하려면 약간의 기술적 지식이 필요합니다. 그러니 버클을 채우세요. 하지만 우리는 이 빛을 유지하려고 노력할 것입니다.

기존 리튬 이온 배터리와 고체 배터리(리튬 이온을 핵심 화학 물질로 사용)를 포함한 거의 모든 배터리는 동일한 기본 아키텍처를 공유합니다. 한쪽에는 방전 시 양극 단자 역할을 하는 음극이 있습니다. 반대쪽에는 음극 단자인 양극이 있습니다. 내부적으로 일어나는 일은 배터리 유형에 따라 다르지만 일반적으로 반응으로 인해 전자가 한쪽에서 다른 쪽으로 흘러 회로를 만들고 휴대폰, 시계, 자동차 등에 전원을 공급합니다.

스마트폰이나 EV의 리튬이온 배터리는 최대한 작게 설계되어 양극과 음극이 바로 옆에 끼워져 있고, 원통형 배터리의 경우 서로 감겨져 있는 경우도 있습니다. 이 두 구성 요소가 접촉하면 전기 단락이 발생할 수 있으며 이는 매우 나쁜 소식입니다. 따라서 사물을 분리하기 위해 분리기라는 멤브레인을 사이에 끼웁니다. 일반적으로 얇은 플라스틱 필름입니다.

그러나 배터리가 작동하려면 배터리가 전력을 공급하는지 또는 재충전되는지에 따라 이온이 양극에서 음극으로 또는 그 반대로 흘러야 합니다. 플라스틱 분리기를 통해 어떻게 흐르게 합니까? 액체 전해질 용액을 사용하고 분리기가 흐를 수 있을 만큼 충분히 다공성인지 확인합니다.

전고체 배터리에서는 개념적으로 기본 구조가 동일합니다. 즉, 양극과 음극 사이에 분리막이 있습니다. 그러나 이 경우 분리막은 이온의 흐름을 직접적으로 허용하는 고체, 종종 세라믹 소재인 전해질입니다.

사소한 변화처럼 들리지만 긍정적인 측면과 부정적인 측면 모두에서 큰 의미를 갖습니다. 과제를 살펴보기 전에 솔리드 스테이트의 장점을 몇 가지 살펴보겠습니다.

배터리의 에너지 밀도는 주어진 무게나 부피에 대해 얼마나 많은 실제 전기를 출력할 수 있는지를 나타냅니다. 밀도가 높은 배터리는 무게가 더 가볍기 때문에 배터리의 전기 출력이 동일하게 유지되더라도 EV의 주행 거리가 실제로 증가할 수 있기 때문에 이것이 중요합니다.

Rory McNulty는 "고체 배터리로 전환함에 따라 이것이 매우 유용한 이유와 이러한 초과 성능 이점을 얻을 수 있는 이유는 더 높은 에너지 밀도 양극을 사용할 수 있기 때문입니다."라고 말했습니다. Benchmark Mineral Intelligence의 고체 및 리튬 금속 배터리 보고서의 공동 저자입니다. McNulty는 이러한 증가는 오늘날의 리튬 이온 전지보다 에너지 밀도가 3배 더 높은 배터리를 의미할 수 있다고 말합니다.