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Jul 23, 2023

단단할 것이다

리튬 이온(li-ion) 배터리 기술을 개선하기 위해 수십 년간의 노력이 이루어졌습니다. 성능이 향상되고 비용이 절감되는 동안에도 주행 거리에 대한 불안감은 해소되지 않았습니다.

리튬 이온(li-ion) 배터리 기술을 개선하기 위해 수십 년간의 노력이 이루어졌습니다. 성능이 향상되고 비용이 절감되는 동안에도 주행 거리에 대한 불안감은 해소되지 않았습니다. 전고체 배터리가 그렇게 할 수 있을까요?

특히 '신규' 전기 자동차(EV) 운전자들 사이에서 만연한 주행 거리 불안은 여러 가지 원인으로 인해 발생하는 문제입니다. 여기에는 공공 충전 인프라가 눈에 띄게 부족하고 현재 리튬 이온 배터리 기술의 성능이 실망스럽다는 점이 포함됩니다. 가격도 한 가지 요인입니다. 주행 거리에 대한 불안감과 더 높은 가격이 동반된다면 왜 전기로 전환할까요?

국제에너지협회(International Energy Association)에 따르면 2021년 새로운 배터리 전기 자동차의 전 세계 평균은 36,000달러를 조금 넘었습니다. 이는 2020년에 비해 7% 하락한 수치입니다. 새로운 플러그인 하이브리드 전기 자동차(PHEV)의 가격은 51,000달러로 안정적으로 유지되었습니다. Statista에 따르면 저가형 중국 EV 모델의 유입에도 불구하고 EV의 볼륨 가중 평균 가격(VWAP)은 2023년 전체로 약 52,800달러가 될 것으로 예상됩니다.

전기차 가격의 큰 부분을 차지하는 것은 배터리다. 다른 기술이 가격과 범위 모두에서 개선을 제공할 수 있습니까? 큐 고체 배터리(SSB) 및 그 사촌인 반고체 배터리(SSSB).

리튬 배터리는 액체 전해질로 분리된 양극과 음극으로 구성되어 있으며, 이를 통해 전자가 통과할 수 있어 EV용 에너지 생성이 가능합니다. SSB는 리튬이온 배터리와 달리 분리막 역할도 하는 고체 전해질을 사용한다. SSB는 견고한 구조로 안정성이 향상되었으며, 손상 시에도 형태가 유지되어 안전성이 훨씬 향상되었습니다. SSB는 리튬 이온 배터리와 비교하여 중요한 차이점이 있습니다.

출처: 플래시배터리

Topspeed에 따르면 SSB의 수명 주기도 훨씬 길어 일부 SSB는 5,000주기 후에 90%의 용량을 유지할 가능성이 있다고 합니다(기존 리튬 이온의 경우 수명은 2,000~3,000주기이지만 리튬 철은 인산염 배터리, LiFePO4 또는 LFP의 경우 최대 4,000까지 사용 가능).

리튬이온 배터리 기술 공동개발자인 존 B. 굿이너프(John B. Goodenough)와 마리아 H. 브라가(Maria H. Braga) 연구원에 따르면, '유리전고체 배터리'는 알칼리 금속 양극(리튬, 나트륨)을 사용해 에너지 밀도를 3배 이상 높일 수 있다고 한다. 또는 칼륨) 및 더 긴 수명 주기. 또한 유리 전해질을 사용하는 SSB는 -20°C의 낮은 온도에서도 작동할 수 있습니다.

스마트워치, 심박조율기 등 다양한 기기에 사용되는 SSB는 EV 산업에 대비하기 위해 철저한 과정이 필요했습니다. SSB는 EV에 있어서 피할 수 없는 중요성을 갖고 있으며 업계의 새로운 시대를 열 준비가 되어 있습니다. 가장 중요한 것은 SSB의 출현은 예상대로 2030년대 초반에 리튬 이온 및 SSB 배터리가 널리 채택되면 쓸모 없게 될 것으로 예상되는 내연 기관(ICE)의 확실한 종말을 알리는 신호일 것입니다.

SSB는 리튬 이온 배터리에 비해 거의 절반의 가격으로 두 배의 주행 거리를 제공하여 EV의 주행 거리를 크게 늘릴 것입니다. Toyota에 따르면 많은 OEM이 이 기술에 관심을 갖고 있는 가운데 EV의 평균 주행 거리는 최대 1,000~1,200km에 달할 것으로 예상되며 단 10분 만에 충전이 가능할 것이라고 합니다.

당연히 거의 모든 주요 자동차 제조업체는 차세대 배터리에 관심이 있고 일부는 이미 SSB에 집중적으로 노력하고 있습니다.

토요타의 SSB 프로토타입. 출처: 도요타

SSB와 함께 반고체 배터리 기술도 M24를 필두로 한동안 개발됐다. 반고체 배터리에는 액체 전해질이 있는 전극과 액체 전해질이 없는 전극이 있습니다. 작고 안정적이며 안전한 반고체 배터리는 리튬 이온 배터리보다 에너지 밀도가 높고 가격도 저렴합니다. 드론부터 스마트 웨어러블 기기까지 반고체 배터리는 EV를 비롯한 다양한 활용 분야를 제공합니다.

2015년에 24M은 비용을 약 50% 절감할 수 있는 새로운 반고체 리튬 배터리 셀 디자인을 발표했습니다. 4년 후, 24M은 저장용 LFP와 이동성 애플리케이션용 NMC 배터리에 추가될 개선 계층으로 제시된 Dual Electrolyte 기술에 대해 말했습니다. 2022년에 24M은 리튬 이온 배터리 설계를 단순화하여 비활성 물질의 필요성을 최대 80% 줄이고 비용을 40% 줄였으며 특별히 제작된 400~500Wh/kg의 에너지 밀도를 갖춘 리튬 이온 셀을 제공했다고 밝혔습니다. 항공 산업을 위해. 24M의 솔루션은 EV와 에너지 저장 장치를 포함한 다른 시장을 의미합니다.