모든 고체 배터리가 시장을 뒤 흔드는 ‘게임 체인저’가 될까요? [Science]

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리튬 이온 배터리는 현재 가장 많이 사용되는 배터리 유형입니다. 각형, 파우치 및 원통형 배터리는 모두 리튬 이온 배터리와 다르게 포장됩니다. ‘전 고체 배터리’는 리튬 이온 배터리를 밀어 낼 차세대 ‘게임 체인저’배터리 기술로 가장 주목 받고있다.

최근 일본 자동차 회사 인 토요타는 올 솔리드 배터리가 장착 된 전기 자동차의 프로토 타입을 공개하고 2025 년까지 양산 체제를 구축하겠다는 계획을 발표했다. 배터리. 이것은 전 세계 모든 고체 배터리 특허의 약 40 %입니다.

모든 고체 배터리 원리를 이해하려면 먼저 리튬 이온 배터리 원리를 이해해야합니다. 리튬 이온은 리튬 금속이 전자를 잃고 양 (+) 전하를 띠는 상태입니다. 양극 (+)의 리튬 이온이 음극 (-)으로 이동하면 전기가 흐릅니다. 이때 전해질은 배터리의 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하는 매개체입니다. 리튬 이온 배터리는 액체 전해질을 사용합니다.

반면에 모든 고체 배터리는 고체 전해질을 사용합니다. 고체 재료를 사용하기 때문에 리튬 기반 배터리에 내재 된 폭발 위험을 크게 줄일 수 있습니다.

모든 고체 배터리는 충전 시간도 짧습니다. 이론적으로 충전은 5 ~ 10 분 안에 완료됩니다.

한 번의 충전으로 약 800km를 달릴 수있는 것으로도 알려져 있습니다. 최근 국내에서 출시 된 테슬라의 ‘모델 Y’는 한 번의 충전으로 약 500km를 주행 할 수있다.

크기와 무게를 쉽게 줄일 수 있다는 점은 올 솔리드 스테이트 배터리의 또 다른 강점입니다. 배터리 용량이 작기 때문에 자동차 제조업체는 차량 설계시 더 많은 공간을 확보 할 수 있습니다.

올 솔리드 외에도 게임 체인저의 또 다른 후보는 리튬 메탈 배터리입니다. 리튬 메탈 전지는 이차 전지의 핵심 소재 중 하나 인 음극 소재를 리튬 메탈로 만든 차세대 전지입니다.

현재 리튬 이온 배터리는 주로 흑연을 음극 재료로 사용합니다. 리튬 메탈 배터리의 강점은 내구성입니다. 동일한 크기의 리튬 이온 배터리에 비해 내구성이 두 배 이상입니다.

단일 충전으로 높은 에너지 밀도와 긴 주행 ​​거리는 리튬 메탈 배터리의 경쟁 우위이기도합니다.

리튬-황 배터리도 잠재력으로 인정 받고 있습니다. 리튬-황 배터리는 황 (S)을 양극 재료로 사용하는 배터리입니다. 양극에 아무것도없는 리튬 이온 배터리와는 다릅니다. 리튬 금속은 리튬 이온 배터리와 같은 방식으로 음극에 들어갑니다. 리튬과 황이 만나면 리튬 황화물 (리튬 폴리 설파이드)이되고 리튬-황 배터리의 원리는이 과정에서 생성 된 에너지를 저장하는 것입니다. 리튬-황 배터리는 이론적으로 기존 리튬 이온 배터리보다 에너지 밀도가 5 배 높습니다.

그러나 리튬-황 배터리는 황의 전기 전도도가 낮고 충 방전시 발생하는 부피 변화로 수명이 짧아 상용화가 쉽지 않았다.

상용화에 성공하면 리튬-이온 배터리를 경제적 인 배터리로 대체 할 수있을 것으로 평가된다. 또한 황은 지구상에 풍부하게 존재하는 물질이기 때문에 배터리 비용을 크게 줄일 수 있습니다.

[이종화 기자]
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