세계에는 더 많은 전력이 필요하며, 가급적이면 깨끗하고 재생 가능한 형태의 전력이 필요합니다.우리의 에너지 저장 전략은 현재 최첨단 기술인 리튬 이온 배터리를 통해 형성되고 있습니다. 하지만 앞으로 몇 년 동안 우리는 무엇을 기대할 수 있을까요?
몇 가지 배터리 기본 사항부터 시작해 보겠습니다.배터리는 하나 이상의 셀로 구성된 팩으로 각 셀에는 양극(음극), 음극(양극), 분리막 및 전해질이 포함됩니다.이를 위해 다양한 화학 물질과 재료를 사용하면 배터리의 특성, 즉 얼마나 많은 에너지를 저장하고 출력할 수 있는지, 얼마나 많은 전력을 공급할 수 있는지 또는 방전 및 재충전할 수 있는 횟수(사이클링 용량이라고도 함)에 영향을 미칩니다.
배터리 회사들은 더 저렴하고, 더 밀도가 높으며, 더 가볍고, 더 강력한 화학 물질을 찾기 위해 끊임없이 실험하고 있습니다.우리는 혁신적인 잠재력을 지닌 세 가지 새로운 배터리 기술을 설명하는 Saft 연구 이사인 Patrick Bernard와 이야기를 나눴습니다.
차세대 리튬 이온 배터리
그것은 무엇입니까?
리튬 이온(li-ion) 배터리에서는 리튬 이온이 전해질을 통해 양극에서 음극으로 앞뒤로 이동함으로써 에너지 저장 및 방출이 제공됩니다.이 기술에서는 양극이 초기 리튬 공급원 역할을 하고 음극이 리튬 호스트 역할을 합니다.양극 및 음극 활성 물질의 완벽함에 가까운 수십 년간의 선택과 최적화의 결과로 여러 가지 화학 물질이 리튬 이온 배터리라는 이름으로 모여 있습니다.리튬화 금속 산화물 또는 인산염은 현재 양극 재료로 사용되는 가장 일반적인 재료입니다.흑연뿐만 아니라 흑연/실리콘 또는 리튬화 티타늄 산화물도 음극 재료로 사용됩니다.
실제 재료와 셀 설계를 통해 리튬 이온 기술은 향후 몇 년 내에 에너지 한계에 도달할 것으로 예상됩니다.그럼에도 불구하고, 파괴적인 활성 물질의 새로운 계열에 대한 최근의 발견은 현재의 한계를 열어줄 것입니다.이 혁신적인 화합물은 양극과 음극에 더 많은 리튬을 저장할 수 있으며 최초로 에너지와 전력을 결합할 수 있게 해줍니다.또한 이러한 새로운 화합물을 사용하면 원자재의 희소성과 중요성도 고려됩니다.
장점은 무엇입니까?
오늘날 모든 최첨단 저장 기술 중에서 리튬 이온 배터리 기술은 가장 높은 수준의 에너지 밀도를 가능하게 합니다.고속 충전 또는 온도 작동 범위(-50°C ~ 125°C)와 같은 성능은 광범위한 셀 설계 및 화학 선택을 통해 미세 조정할 수 있습니다.또한 리튬 이온 배터리는 자체 방전이 매우 낮고 수명이 매우 길며 일반적으로 수천 번의 충전/방전 주기에 해당하는 사이클링 성능과 같은 추가 이점도 제공합니다.
언제쯤 예상할 수 있나요?
차세대 고급 리튬 이온 배터리는 1세대 고체 배터리 이전에 배치될 것으로 예상됩니다.이는 에너지 저장 시스템과 같은 응용 분야에 사용하기에 이상적입니다.재생 가능 에너지그리고 교통(선박, 철도,비행및 오프로드 이동성) 고에너지, 고출력 및 안전성이 필수인 곳.
리튬-황 배터리
그것은 무엇입니까?
리튬 이온 배터리에서 리튬 이온은 충전 및 방전 중에 안정적인 호스트 구조로 작용하는 활물질에 저장됩니다.리튬-황(Li-S) 배터리에는 호스트 구조가 없습니다.방전하는 동안 리튬 양극이 소비되고 황은 다양한 화합물로 변환됩니다.충전 중에는 반대 과정이 진행됩니다.
장점은 무엇입니까?
Li-S 배터리는 매우 가벼운 활성 물질(양극에는 황, 음극에는 금속 리튬)을 사용합니다.이것이 바로 이론적 에너지 밀도가 리튬 이온보다 4배 더 높은 이유입니다.따라서 항공 및 우주 산업에 적합합니다.
Saft는 고체 전해질을 기반으로 하는 가장 유망한 Li-S 기술을 선택하고 선호했습니다.이 기술 경로는 매우 높은 에너지 밀도와 긴 수명을 제공하며 액체 기반 Li-S의 주요 단점(제한된 수명, 높은 자체 방전 등)을 극복합니다.
또한 이 기술은 뛰어난 중량 에너지 밀도(Wh/kg 기준 +30%) 덕분에 고체 리튬 이온을 보완합니다.
언제쯤 예상할 수 있나요?
주요 기술 장벽은 이미 극복되었으며 성숙도 수준은 본격적인 프로토타입을 향해 매우 빠르게 진행되고 있습니다.
긴 배터리 수명이 필요한 애플리케이션의 경우 이 기술은 고체 리튬이온 직후에 시장에 출시될 것으로 예상됩니다.
고체 배터리
그것은 무엇입니까?
전고체 배터리는 기술 측면에서 패러다임 전환을 의미합니다.최신 리튬 이온 배터리에서 이온은 액체 전해질(이온 전도성이라고도 함)을 통해 한 전극에서 다른 전극으로 이동합니다.전고체 배터리에서는 액체 전해질이 고체 화합물로 대체되지만, 그럼에도 불구하고 리튬 이온이 그 안에서 이동할 수 있습니다.이 개념은 전혀 새로운 것이 아니지만 지난 10년 동안 전 세계적으로 집중적인 연구 덕분에 액체 전해질과 유사하게 매우 높은 이온 전도도를 갖는 새로운 고체 전해질 제품군이 발견되어 이러한 특정 기술 장벽을 극복할 수 있었습니다.
오늘,안전연구 개발 노력은 가공성, 안정성, 전도성과 같은 물리화학적 특성의 시너지 효과를 목표로 고분자 및 무기 화합물이라는 두 가지 주요 재료 유형에 중점을 두고 있습니다.
장점은 무엇입니까?
첫 번째 큰 장점은 셀 및 배터리 수준의 안전성이 크게 향상된다는 점입니다. 고체 전해질은 액체 전해질과 달리 가열 시 불연성입니다.둘째, 혁신적인 고전압 고용량 재료를 사용하여 자체 방전을 줄여 수명이 길어지고 밀도가 높고 가벼운 배터리를 만들 수 있습니다.또한 시스템 수준에서는 단순화된 메커니즘은 물론 열 및 안전 관리와 같은 추가 이점도 제공합니다.
배터리는 높은 중량 대비 출력 비율을 나타낼 수 있으므로 전기 자동차에 사용하기에 이상적일 수 있습니다.
언제쯤 예상할 수 있나요?
기술 발전이 진행됨에 따라 여러 종류의 전고체 배터리가 시장에 출시될 가능성이 높습니다.첫 번째는 흑연 기반 양극을 사용하는 고체 배터리로 에너지 성능과 안전성이 향상됩니다.시간이 지나면 금속 리튬 양극을 사용하는 더 가벼운 고체 배터리 기술이 상용화될 것입니다.
게시 시간: 2022년 8월 3일