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솔리드 스테이트 배터리 – 설명 | 마이크로텍스 2021
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솔리드 스테이트 배터리 소개
솔리드 스테이트 배터리는 무엇으로 만들어졌나요
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솔리드 스테이트 배터리 란 무엇이며 왜 중요합니까?
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“고체 상태”는 무엇을 의미합니까
고체 배터리의 어려움은 무엇입니까
안전
충전 속도
에너지 용량 및 크기
수명 및 내구성
솔리드 스테이트 배터리 약점
솔리드 스테이트 배터리는 언제 구입할 수 있습니까
전고체 전지 – 위키백과, 우리 모두의 백과사전
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역사[편집]
일본[편집]
중국[편집]
대한민국[편집]
미국[편집]
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각주[편집]
솔리드 스테이트 배터리 .. 세상을 바꿀 수있는 오랫동안 기다려온 기술-iPhone Islam
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배터리
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삼성은 고체 배터리로 작동합니다
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그들이 아직 시장에 도달하지 못한 이유
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솔리드 스테이트 배터리 란 무엇이며 왜 중요합니까?
배터리 기술은 수년 동안 먼 길을 걸어 왔습니다. 드론 및 스마트 폰과 같은 가젯은 고급 최신 배터리 기술 없이는 비실용적입니다.
그러나 배터리는 항상 더 좋을 수 있습니다!
솔리드 스테이트 배터리는 차세대 큰 발전으로 보이며이를 사용하는 제품이 곧 출시 될 것입니다. 이것은 지금이 그것이 무엇이고 왜 중요한지에 대해 스스로를 익힐 완벽한 시간임을 의미합니다.
“고체 상태”는 무엇을 의미합니까?
납산 자동차 배터리, 알칼리성 일회용품 또는 휴대 전화의 리튬 폴리머 배터리 이든 모두 액체 전해질을 사용합니다. 전해질은 배터리의 두 내부 단자를 연결하는 전도성 물질입니다. 전자는 전해질을 통해 흐르므로 배터리가 전하를 축적하거나 방전 할 수 있습니다.
고체 상태 배터리는 전통적인 액체 전해질 대신 고체 전해질을 사용합니다. 이것이 두 배터리 기술의 유일한 근본적인 차이점입니다. 간단하게 들리지만 엔지니어와 과학자들은 전해질 역할을 할 수있는 고체 물질을 찾기 위해 수십 년 동안 고군분투 해 왔습니다.
고체 배터리의 어려움은 무엇입니까?
세라믹 및 리튬 금속과 같은 다양한 재료는 고체 전해질로서의 잠재력을 제공합니다. 문제는 세라믹 방식이 배터리 성능을 저하 시킨다는 것입니다. 리튬 금속은 유망하지만 치명적인 결함이 있습니다. 배터리가 충전 및 방전됨에 따라 금속 “덴 드리 트”가 전해질을 통해 성장합니다. 배터리가 단락되어 위험으로 바뀔 수 있습니다.
이러한 문제에 대한 실용적이고 경제적으로 실행 가능한 솔루션을 찾는 것은 지난 몇 년 동안 여러 회사와 연구 팀의 임무였습니다. 이제 그 일은 성과를 거두려고합니다.
왜이 모든 문제를 겪습니까? 고체 배터리가 기존 배터리에 비해 약속하는 이점을 살펴 보겠습니다.
안전
배터리는 많은 양의 에너지를 저장하며이 에너지가 제어되지 않은 방식으로 방출 될 수있는 위험이 항상 있습니다. . 그럴 경우 화재, 폭발 및 기타 원치 않는 결과를 의미 할 수 있습니다. 수상 돌기 문제가 해결되었다고 가정하면 고체 배터리는 더 안전하고 안정적이 될 것입니다. 우선 가연성이 아니기 때문에 배터리 화재는 과거의 일이되어야합니다.
이것은 자동차 나 드론과 같은 전기 자동차에만 중요하지 않습니다. 뿐만 아니라 스마트 폰 및 노트북과 같은 개인용 전자 제품에도 사용됩니다. 많은 사람들이 매년 전자 기기의 배터리 화재로 인해 부상을 입습니다. 그 결과 집 전체가 불에 탔습니다!
충전 속도
최신 리튬 배터리는 놀라운 속도로 충전 수 있지만 채우는 데 여전히 오랜 시간이 걸립니다. 쪽으로. 기존 리튬 이온 배터리가 모두 옆으로 가기 전에 부어 넣을 수있는 에너지의 양에는 제한이 있습니다. 솔리드 스테이트 배터리는 현재 우리가 사용하는 배터리보다 6 배 더 빠르게 충전 할 수 있습니다. 즉, 5 분 또는 15 분의 80 %까지 전기 자동차 충전 안에 휴대 전화가 비어있는 상태에서 완전히 충전됩니다.
에너지 용량 및 크기
리튬 이온 배터리는 현재 일반인에게 판매되는 모든 배터리 유형 중 에너지 밀도가 가장 높습니다. 하지만 여전히 휘발유보다 밀도가 몇 배나 낮습니다. 솔리드 스테이트 배터리는 배터리를 가스 수준으로 끌어 올릴 수 없지만 부피당 에너지 밀도를 두 배 이상 높일 수 있습니다.
즉, 솔리드 스테이트 모델을 사용하여 휴대 전화의 배터리를 교체하면 크기를 늘리지 않고도 이론적으로 두 배 더 오래 작동 할 수 있습니다. 이것은 전기 자동차의 또 다른 큰 판매 포인트이며, 주행 거리에 대한 불안으로 인해 그다지 인기가 없습니다.
수명 및 내구성
현재 대부분의 리튬 이온 배터리가 시작됩니다. 약 500 회의 완전 충전-방전주기 후에 성능이 저하됩니다. 그 후 배터리 용량이 떨어지기 시작합니다 가 거의 충전되지 않을 때까지. 현재 배터리가 봉인 된 경향이있는 스마트 폰에서는 이로 인해 기기 수명이 크게 제한됩니다. 솔리드 스테이트 배터리는 그 한계를 크게 늘릴 것을 약속합니다. 최대 5 번.
따라서 일반적인 일상 용 휴대 전화 배터리가 2 ~ 3 년 후에 성능이 저하되기 시작하는 경우 솔리드 스테이트 배터리는 최대 십오 년 동안 정격 용량을 유지합니다. 배터리 교체 비용이 극도로 비싼 전기 자동차의 경우이 등급 차량의 소유 비용에 극적인 영향을 미칠 수 있습니다.
솔리드 스테이트 배터리 약점
이 모든 것이 사실이라고하기에는 너무 좋게 들린다면 기술에 대한 몇 가지주의 사항이 있습니다. 솔리드 스테이트 배터리 기술이 널리 채택되기 전에 이러한 문제 중 일부를 해결해야합니다.
비용은 아마도 가장 큰 적입니다. 연구팀과 신생 기업은 이러한 배터리의 생산 공정을 더 저렴하고 확장 가능하게 만들기 위해 열심히 노력하고 있습니다. 일부 회사는 가깝다고 주장하지만 이러한 배터리를 사용하는 제품의 실제 가격을 볼 때까지 얼마나 성공적 이었는지 알 수 없습니다.
이 배터리도 저온에서 어려움을 겪습니다. 따라서 절연 또는 양호한 작동 온도를 유지하는 것과 관련된 솔루션이 문제의 일부입니다.
솔리드 스테이트 배터리는 언제 구입할 수 있습니까?
솔리드 파워 및 QuantumScape 과 같은 몇몇 회사는 상업용 솔리드 스테이트 배터리 애플리케이션의 첨단에 있다고 주장합니다.
Toyota는 빠르면 2021 년 에 솔리드 스테이트 배터리 전기 자동차를 판매 할 계획입니다. Solid Power와 QuantumScape는 각각 2022 년과 2024 년에 차량용 배터리 출시를 목표로하고 있습니다. 이것은 앞으로 몇 년 안에 우리가 배터리 혁명의 시작에 올 수 있다는 것을 의미합니다.
그래 핀 사용으로 인한 가능성에 대해 알아보기 전입니다. 이 놀라운 소재는 액체 전해질이든 고체 전해질이든 상관없이 더 나은 배터리를 약속합니다. 그래 핀을 공 놀이에 사용하는 것은 예상보다 오랫동안 과학자와 엔지니어를 피했지만 지금 당장 하이브리드 그래 핀 파워 뱅크 를 구입할 수 있습니다. 진정으로 미래가 여기에 있습니다.
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전고체 전지(Solid-state battery)는 전지 양극과 음극 사이에 있는 전해질을 기존 액체에서 고체로 대체한 차세대 배터리다.[1]
역사 [ 편집 ]
전고체 배터리 개념은 1980년대 처음 제시됐으나 한동안 빛을 보지 못했다. 그러다 일본 도요타가 2010년 황화물 전해질을 사용한 배터리 시제품을 공개한 뒤로 연구가 눈에 띄게 늘었다. 현재는 소재 후보군으로 황화물과 산화물, 고분자 3종이 발굴됐다. 이 가운데 황화물 소재는 가장 앞서 나간다. 일본은 전고체 배터리 연구에서 가장 앞서나가는 국가로 손꼽힌다. 일본에선 주로 황화물 연구가 주를 이룬다.
1991년 일본 소니가 첫 개발해 상용화한 리튬 이온 전지를 대체할 차세대 2차전지로는 리튬에어 전지, 리튬메탈 전지, 리튬황 전지, 전고체 전지가 있다. 그 중에서 전고체 전지를 탑재한 전기차를 2022년 도요타가 출시할 계획이다. 한국은 2025년 전고체 전지를 상용화할 계획이다.
전세계 전기차용 전고체 전지 시장이 2030년 최대 100조원 규모로 급성장할 것으로 관측되고 있다.
도요타는 전고체 전지를 사용하면 출력과 전기저장량이 액체 전지보다 2배 이상 늘어날 것으로 보고 있다.
도요타, 다이슨, 포르셰 등 글로벌 2차전지 수요기업이 전고체 전지 사용화 계획을 연이어 발표하고 있다.
충전하는데 몇 시간씩 걸리는 리튬 이온 전지에 비해 전고체 전지는 불과 5분이면 80% 충전이 가능하다. 주행거리도 리튬이온전지의 2배 이상에 달한다. 기존의 가솔린, 경유 차량의 주유소 급유시간이 5분이다.
2012년~2014년 도요타가 출원한 차세대 전지 관련 특허의 68%는 전고체 전지 분야다. 200명의 개발인력을 전고체 전지 개발에 투입하고 있다.
리튬 이온 전지에 비해 가격이 1/3이다.
SNE리서치에 따르면 전고체 배터리를 탑재한 전기차 비율은 2024년 2%에서 2030년 10%로 증가할 전망이다. 글로벌 조사 업체 Allied market research는 2017년 633억원이었던 글로벌 전고체 배터리 시장이 2025년 1조6820억원으로 확대한다고 예측했다. 일본 시장조사업체 후지경제는 2035년 전고체 배터리 시장규모가 32조6000억원에 이를 것으로 내다 봤다.
일본 [ 편집 ]
1991년 일본 소니는 니켈 카드뮴 전지보다 에너지 밀도가 두 배 높고 충전이 간편한 2차 전지를 선보였다. 이 전지는 핸드폰, 노트북과 같은 전자 제품에서부터 자동차에까지 적용되며 전 세계적인 사랑을 받았다. 대표적인 2차 전지로 꼽히는 리튬이온 전지 얘기다. 2019년 기준으로, 리튬이온 전지가 등장한 지 28년이 흘렀다.
기존 리튬 이온 전지의 에너지 밀도는 255Wh/kg 수준이다. 반면 전고체 전지는 이론적으로 495Wh/kg까지 에너지 밀도가 올라간다. 일본은 2015년까지 전지 양극재료와 음극재료 혁신을 통해 에너지밀도가 전보다 두 배나 높은 2세대 리튬이온 전지를 개발할 계획이다.
에너지 밀도가 더 높아지면 2차전지를 더 작게 만들 수 있다.
일본의 파나소닉은 도요타와 지난 4월 배터리 합작사를 세웠다. 파나소닉-도요타 연합은 꿈의 배터리라 불리는 ‘전고체 배터리’ 기술을 선도하는 업체다. 전 세계에서 전고체 배터리 관련 특허를 40%가량 보유하고 있다.
기술력이 가장 앞서 있다고 평가받는 일본 도요타는 대규모 민관 컨소시엄을 구성해 총 17조원을 투자, 오는 2022년에 생산할 계획이다.
중국 [ 편집 ]
2018년 11월 26일, 중국 칭다오에너지디벨로프먼트가 최근 10억위안(약 1600억원)을 투자해 장쑤성 쿤산시에 전고체 전지 양산 라인을 구축, 양산에 들어갔다.[2] 세계 최초의 전고체 전지 양산 공장이다.
이 분야를 선도하고 있는 일본은 2021년 양산 공장을 가동할 계획이다. 한국은 2025년 계획이다.
칭다오에너지는 최신 리튬이온 배터리 셀 에너지 밀도가 kg당 250~300Wh 수준인 것과 비교, 자사가 양산하는 전고체 전지는 kg당 400Wh 이상 에너지 밀도를 달성했다고 주장했다. 같은 차량 무게일 경우 더 많은 배터리 탑재가 가능하다는 의미이다.
그러나, 칭다오에너지의 양산이 상용화라기 보다는 연구 성과 수준이라는 견해가 많다. 한국의 배터리 기업들의 연 생산규모는 칭다오에너지의 180배에 달할정도로 소규모 파일럿 생산에 가깝다는 것이다.
대한민국 [ 편집 ]
2018년 3월 19일, 국책연구기관인 산업연구원(KIET)은 전고체전지의 양산 시점이 전기자동차 보급의 전환점이 될 것이라는 전망을 내놓았다. 한국의 자동차 업계에서는 이 시점을 2025년으로 본다.
2019년 6월 17일, 한국생산기술연구원은 김호성 박사(제주지역본부장) 연구팀이 폭발 및 화재 위험을 없애면서 배터리 팩의 부피를 획기적으로 줄일 수 있는 ‘바이폴라 구조의 전고체전지’ 제조 기술을 개발했다고 밝혔다. 에너지밀도는 약 445Wh/L 수준이다.
상용화 시점이 일본보다 7~8년 늦은 2030년으로 예상되고 있다. 오는 2030년이 되면 글로벌 신차 중 절반이 전기차일 것이라는 관측이 나온다.
미국 [ 편집 ]
2017년 11월 15일, 전기차 벤처기업 피스커의 CEO 헨릭 피스커는 리튬 이온 전지가 아닌 전고체 전지 기술을 개발해 1분 이내 충전으로 800 km를 달릴 수 있는 전기차 개발에 성공했다고 밝혔다. 헨릭 피스커는 테슬라 창업에 영감을 준 것으로 유명하다. 2023년 전고체 전지 전기차 모델을 판매할 계획이다..
2019년 1월, 세계 최고 전기차 기업 테슬라가 배터리 명가 맥스웰 테크놀로지를 2억1800만달러(약 2439억원)에 인수했다. 수 년 동안 인수설 소문이 있었다. 그동안 테슬라에 독점적으로 전기차 배터리를 공급했던 일본 파나소닉 배터리에는 비상이 걸렸다. 맥스웰 테크놀로지는 1965년 세워진 배터리 회사로 본사를 미국 샌디에이고에 두고 있다. 테슬라 전기차 공장과 함께 샌프란시스코 베이에어리어에 위치한다. 맥스웰 테크놀로지 배터리 고객으로는 제너럴 모터스(GM)와 람보르기니가 있다. 최근 맥스웰 테크놀로지는 에너지 밀도 300 Wh의 전고체 전지를 개발했다.
잠수함 [ 편집 ]
기존의 디젤잠수함은 하루에 2-3회 수면으로 부상하여 스노클 항해를 3-4시간씩 해서 납축전지를 충전해야만 했다. 최근 납축전지 대신 리튬 이온 전지를 탑재하여, 스노클 항해를 거의 하지 않는 리튬잠수함이 등장했다. 이를 다시 전고체 전지로 교체하면 잠수함의 성능이 매우 개선될 것으로 예상된다. 수소차의 수소연료를 이용한 발전을 하면, 매우 짧은 5분 동안의 스노클 항해시에도 소음이 발생하는 디젤엔진이 아닌 수소엔진을 사용하여, 잠수함 소음을 사실상 완전히 없앨 수 있다.
납축전지, 충전시간 8시간
리튬 이온 전지, 납축전지의 2배 용량, 충전시간 30분, 1991년 소니 개발, 소류급 잠수함
전고체 전지, 리튬 이온 전지의 2배 용량, 충전시간 5분, 2021년 도요타 개발
리튬황 전지, 전고체 전지의 2배 용량, 2030년 상용화
더 보기 [ 편집 ]
솔리드 스테이트 배터리 .. 세상을 바꿀 수있는 오랫동안 기다려온 기술-iPhone Islam
우리가 수세기 전에 발견 한 기술이 있고 그것을 활용하기 위해 수십억 달러가 연구에 쏟아져 나왔지만 아직은 … 우리는 몇 걸음 만 이동합니다 그것을 제어하는쪽으로. 전기 도구, 장난감, 노트북에서 의료 기기와 우주선에 이르기까지 다양한 장치를 사용하는 방식을 바꿀 수있는 것은 배터리입니다. 그러나 이러한 상황은 향후 몇 년 안에 바뀔 수 있으며 최근의 연구는 오랫동안 기다려온 혁명적 기술로 간주 될 수 있습니다. 그리고 그것이 확산되면 세상은 더 좋고 더 중요한 것은 우리를 파괴 한 화석 연료로부터 우리를 멀어지게 할 것입니다. 세계.
배터리
배터리는 화학 에너지를 저장하고 방전을 통해 전기 에너지로 변환 할 수있는 장치로, 양극 단자에 연결된 음극, 음극 단자에 연결된 양극, 자유 이온을 포함하는 물질의 네 가지 주요 부분으로 구성됩니다. 전기를 전도하는 매체 (전해질)와 분리기 또는 절연체를 형성합니다.
음극과 양극은 전극이며 전류가 발생하기 위해서는 전자가 한 전극에서 다른 전극으로 이동해야합니다.이 경우 전자는 음극에서 양극으로 전달되므로 두 전극은 전류를 생성하여 전해질 전극 사이에 양이온을 흐르게하고 전자의 흐름을 균형있게함으로써 분리기는 전극을 멀리하고 회로에서 발생할 수있는 전기적 접촉이나 문제를 방지합니다.
솔리드 스테이트 배터리
현재 대부분의 장치에 사용되는 리튬 배터리와 현재 집중적으로 개발되고있는 고체 배터리와 같은 액체 상태 배터리에는 한 가지 중요한 차이점이 있습니다. 즉, (자유 이온을 포함하고 전기 전도성을 구성하는 물질) 액체 배터리가 액체 전해질을 포함하고 액체 전해질의 일부 화합물이 수상 돌기로 알려진 결정을 성장시키고 과충전하면 결정이 양극에 축적 된 다음 음극과 접촉하여 고체와 달리 위험한 폭발이 발생할 수 있습니다. 고체 전지는 에너지 밀도가 높고 화재 및 폭발 위험이 적기 때문에 이러한 유해 수상 돌기의 성장을 방지하는 고 체형 전해질을 포함하는 현재 사용중인 상태 배터리는 공간을 덜 차지하고 다른 곳에서도 작동 할 수 있습니다. 아무 문제없이 온도.
솔리드 배터리 기술 개발
대부분의 자동차 회사는 전기차로의 전환을 모색하고 있으며 솔리드 배터리 기술 개발의 가장 큰 수혜자입니다. 배터리는 주행 거리가있는 기존 자동차에 비해 작동 범위가 짧아 전기 자동차의 약점으로 간주됩니다. 이는 전기차가 도달 할 수있는 것의 몇 배이며, 전기차의 평균 주행 거리는 완전 충전시 250 ~ 300 마일 (402 ~ 483km)이며, 차량 충전 여부에 따라 차량을 완전히 충전하는 데 17 ~ 450 시간이 걸립니다. 역에서 충전 중이거나 가정에서 콘센트를 사용하고 있지만 전기 자동차의 인기는 계속 증가하여 결국 지배 할 것으로 예상됩니다. 자동차 부문에서는 시장을 장악하기 위해 전기 자동차의 범위를 최소한으로 확장해야합니다. 724 마일 (XNUMXkm)이며 소비자에게 저렴한 가격으로 유지됩니다.
이것이 폭스 바겐, 포드, BMW, 현대, 도요타, 심지어 마이크로 소프트 창립자 인 빌 게이츠까지도 수십억 달러를 투자하여 고체 배터리를 개발했으며, 빌 게이츠가 지원하는 퀀텀 스케이프 (QuantumScape)는 다양한 온도에서 작동 할 수있는 세라믹 층으로 고체 배터리를 제조합니다. 도요타는 2025 년까지 솔리드 스테이트 배터리로 제한된 수의 자동차를 출시 할 계획입니다.
또한, 노벨상을 수상한 물리학 자이자 컴퓨터에 사용되는 리튬 배터리 및 메모리 발명가는“존 구더 너프안정적이고 불연성이며 충전 속도가 빠르며 알려진 리튬 이온 배터리보다 2000 배 더 많은 에너지를 저장할 수있는 고체 유리-세라믹 배터리에 대한 특허. 이는 배터리에 전극을 형성하기 위해 나트륨 또는 리튬을 추가하여 달성되었습니다. 가장 중요한 점은 가격이 저렴하고 더 오래 지속될 수 있다는 것입니다. 4 번의 충전 및 방전주기가 있으며 -140 ° F ~ 20 ° F (-60 ° C ~ XNUMX ° C)의 온도 범위에서 작동합니다.
삼성은 고체 배터리로 작동합니다
개발을 살펴보면 삼성이 달성 솔리드 스테이트 배터리 분야에서는 1000 회 충전시 500 마일 (805km)의 주행 거리, 500000 마일의 수명으로 XNUMX 회 이상 충전 및 방전 할 수있는 배터리를 개발할 수 있다고 믿습니다. 극한의 온도에서 효율적으로 작동 할 수 있습니다.
마지막으로, 고체 배터리가 우리의 손이 닿을 수 있도록 주요 기업들이 연구 개발 분야에서 협력하고 있으며, 앞으로 몇 년 후에 볼 수 있지만 나타날 때 모든 것에 혁명을 일으킬 것입니다. 전기차에서 신뢰할 수 있지만 의료 기기, 스마트 폰, 우주선에서 시작하는 모든 것입니다.
솔리드 스테이트 배터리에 대해 어떻게 생각하고 이것이 기술 세계에 어떤 영향을 미칠지 의견으로 알려주십시오.
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