세상은 더 많은 전력을 필요로 합니다. 가급적이면 깨끗하고 재생 가능한 형태로 말이죠.우리의 에너지 저장 전략은 현재 그러한 기술의 최첨단에 있는 리튬 이온 배터리에 의해 형성되지만 앞으로 몇 년 동안 기대할 수 있는 것은 무엇입니까?
몇 가지 배터리 기본 사항부터 시작하겠습니다.배터리는 하나 이상의 전지 팩으로, 각 전지에는 양극(음극), 음극(음극), 분리막 및 전해질이 있습니다.이를 위해 서로 다른 화학 물질과 재료를 사용하면 배터리가 저장 및 출력할 수 있는 에너지, 제공할 수 있는 전력 또는 방전 및 재충전할 수 있는 횟수(사이클링 용량이라고도 함)와 같은 배터리 특성에 영향을 줍니다.
배터리 회사는 더 저렴하고 밀도가 높으며 더 가볍고 더 강력한 화학 물질을 찾기 위해 끊임없이 실험하고 있습니다.우리는 혁신적인 잠재력을 지닌 3가지 새로운 배터리 기술에 대해 설명한 Saft 연구 이사인 Patrick Bernard와 이야기를 나눴습니다.
차세대 리튬 이온 배터리
그것은 무엇입니까?
리튬 이온(리튬 이온) 배터리에서 에너지 저장 및 방출은 전해질을 통해 양극에서 음극으로 리튬 이온이 앞뒤로 이동함으로써 제공됩니다.이 기술에서 양극은 초기 리튬 공급원으로, 음극은 리튬의 호스트 역할을 합니다.양극 및 음극 활물질의 완벽에 가까운 수십 년의 선택과 최적화의 결과로 여러 화학 물질이 리튬 이온 배터리라는 이름으로 모였습니다.리튬화 금속 산화물 또는 인산염은 현재 양극 물질로 사용되는 가장 일반적인 물질입니다.흑연뿐만 아니라 흑연/실리콘 또는 리튬화 티타늄 산화물도 음극 재료로 사용됩니다.
실제 재료와 전지 설계를 통해 리튬 이온 기술은 향후 몇 년 안에 에너지 한계에 도달할 것으로 예상됩니다.그럼에도 불구하고, 파괴 활성 물질의 새로운 계열에 대한 매우 최근의 발견은 현재의 한계를 풀어야 합니다.이 혁신적인 화합물은 양극과 음극에 더 많은 리튬을 저장할 수 있으며 처음으로 에너지와 전력을 결합할 수 있습니다.또한 이러한 새로운 화합물을 사용하면 원료의 희소성과 중요성도 고려됩니다.
장점은 무엇입니까?
오늘날 모든 최첨단 저장 기술 중에서 리튬 이온 배터리 기술은 최고 수준의 에너지 밀도를 가능하게 합니다.급속 충전 또는 온도 작동 창(-50°C ~ 125°C)과 같은 성능은 다양한 셀 설계 및 화학 물질을 선택하여 미세 조정할 수 있습니다.또한 리튬 이온 배터리는 매우 낮은 자체 방전, 매우 긴 수명 및 사이클링 성능(일반적으로 수천 번의 충전/방전 주기)과 같은 추가 이점을 나타냅니다.
언제 예상할 수 있습니까?
차세대 고급 리튬 이온 배터리는 1세대 고체 배터리보다 먼저 배치될 것으로 예상됩니다.에너지 저장 시스템과 같은 응용 분야에서 사용하기에 이상적입니다.재생 가능및 교통(선박, 철도,비행고에너지, 고출력 및 안전이 필수인 오프로드 이동성).
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 소모되고 황이 다양한 화합물로 변환됩니다.충전하는 동안 역 과정이 발생합니다.
장점은 무엇입니까?
Li-S 배터리는 양극에 황, 음극에 금속 리튬과 같은 매우 가벼운 활성 물질을 사용합니다.이것이 이론적인 에너지 밀도가 리튬 이온보다 4배 이상 높은 이유입니다.따라서 항공 및 우주 산업에 적합합니다.
Saft는 고체 전해질 기반의 가장 유망한 Li-S 기술을 선택하고 선호했습니다.이 기술 경로는 매우 높은 에너지 밀도, 긴 수명을 가져오고 액체 기반 Li-S(제한된 수명, 높은 자가 방전 등)의 주요 단점을 극복합니다.
또한, 이 기술은 우수한 중량 에너지 밀도(Wh/kg의 경우 +30%) 덕분에 고체 상태 리튬 이온을 보완합니다.
언제 예상할 수 있습니까?
주요 기술 장벽은 이미 극복되었으며 성숙 수준은 본격적인 프로토타입을 향해 매우 빠르게 진행되고 있습니다.
긴 배터리 수명이 필요한 애플리케이션의 경우 이 기술은 고체 리튬 이온 직후 시장에 출시될 것으로 예상됩니다.
솔리드 스테이트 배터리
그것은 무엇입니까?
솔리드 스테이트 배터리는 기술 측면에서 패러다임의 변화를 나타냅니다.현대의 리튬 이온 배터리에서 이온은 액체 전해질(이온 전도도라고도 함)을 통해 한 전극에서 다른 전극으로 이동합니다.전고체 배터리에서 액체 전해질은 그럼에도 불구하고 리튬 이온이 내부에서 이동할 수 있도록 하는 고체 화합물로 대체됩니다.이 개념은 새로운 것이 아니지만 지난 10년 동안 전 세계적으로 집중적인 연구 덕분에 액체 전해질과 유사한 매우 높은 이온 전도성을 가진 새로운 고체 전해질 제품군이 발견되어 이 특정 기술 장벽을 극복할 수 있었습니다.
오늘,사프트연구 개발 노력은 가공성, 안정성, 전도성과 같은 물리 화학적 특성의 시너지 효과를 목표로 폴리머 및 무기 화합물의 2가지 주요 재료 유형에 중점을 둡니다.
장점은 무엇입니까?
첫 번째 큰 이점은 전지 및 배터리 수준에서 안전성이 크게 향상되었다는 것입니다. 고체 전해질은 액체 전해질과 달리 가열될 때 비가연성입니다.둘째, 혁신적인 고전압 고용량 재료의 사용을 허용하여 자가 방전 감소의 결과로 더 나은 저장 수명과 함께 더 조밀하고 더 가벼운 배터리를 가능하게 합니다.또한 시스템 수준에서 단순화된 역학과 열 및 안전 관리와 같은 추가 이점을 가져올 것입니다.
배터리는 높은 전력 대 중량 비율을 나타낼 수 있으므로 전기 자동차에 사용하기에 이상적일 수 있습니다.
언제 예상할 수 있습니까?
기술 발전이 계속됨에 따라 여러 종류의 전고체 배터리가 시장에 출시될 것입니다.첫 번째는 흑연 기반 양극이 있는 고체 배터리로 에너지 성능과 안전성이 향상됩니다.시간이 지나면 금속 리튬 양극을 사용하는 더 가벼운 고체 배터리 기술이 상용화될 것입니다.
게시 시간: 2022년 8월 3일