슈퍼배터리는 EV의 성능을 변화시킬 것이다

Jul 11, 2023

전기 자동차에서 가장 원하는 것이 무엇인지 묻는 질문에 많은 운전자들은 긴 주행 ​​거리, 짧은 충전 시간, 내연 기관을 장착한 비슷한 장비를 갖춘 차량과 가격 경쟁력이 있는 세 가지를 꼽습니다. 이러한 목표를 달성하기 위해 자동차 제조업체는 대부분의 최신 전기 자동차(EV)에 전력을 공급하는 기존 리튬 이온(Li-ion) 배터리를 보다 발전된 "고체" 버전으로 교체할 수 있는 방법을 모색해 왔습니다. 이러한 새로운 유형의 슈퍼배터리는 오랫동안 더 빠른 충전과 훨씬 더 넓은 주행 거리를 약속해 왔습니다. 마침내 수년간의 기술적 문제 끝에 이를 만들기 위한 노력이 결실을 맺고 있으며, 최초의 고체 리튬 이온 배터리가 향후 몇 년 내에 생산에 들어갈 예정입니다.

세계 최대의 자동차 제조업체인 Toyota는 2012년부터 전고체 배터리를 검토하기 시작했습니다. 수년에 걸쳐 실제로 작동하는 프로토타입을 선보이려는 의도도 있었지만 거의 나타나지 않았습니다. 그러나 회사는 최근 "기술적 혁신"을 이루었다고 발표했으며 이르면 2027년 초에 전고체 배터리 제조를 시작할 계획입니다. Toyota는 자사의 새 배터리가 약 1,200km(746마일) 범위의 EV를 제공할 것이라고 주장합니다. 이는 기존 모델 대비 약 2배의 용량이며, 약 10분 만에 충전이 가능합니다.

짜릿한

도요타는 혼자가 아닙니다. 고체 리튬 이온 배터리를 개발하는 다른 생산업체에서도 유사한 성능 수치를 선전하고 있습니다. 예를 들어 닛산은 요코하마에 파일럿 공장을 건설하고 있으며 내년부터 테스트 버전을 만들기 시작할 예정이다. BMW는 콜로라도에 본사를 둔 배터리 개발업체인 Solid Power와 협력하여 독일에서도 유사한 공장을 계획하고 있습니다. 실리콘밸리 스타트업인 퀀텀스케이프(QuantumScape)가 주요 후원자인 폭스바겐(Volkswagen)에 전고체 배터리 프로토타입 배송을 시작했다.

아마도 전고체 배터리를 개발하는 데 그렇게 오랜 시간이 걸렸다는 것은 놀라운 일이 아닐 것입니다. 새로운 유형의 배터리를 실험실에서 작동시키는 것은 하나의 일이지만, 공장에서 수백만 개를 생산할 수 있도록 배터리를 확장하는 것은 어려운 사업입니다. 1970년대 후반에 발명되었지만 리튬 이온 배터리 자체는 1990년대 초반까지 완전히 상용화되지 않았으며, 처음에는 노트북 컴퓨터, 휴대폰 등 휴대용 전자 장치용으로 사용되다가 이후에는 노트북 컴퓨터에 전원을 공급하는 데 사용할 수 있는 더 큰 버전으로 사용되었습니다. 차세대 EV.

전기 자동차는 자동차 운전이 시작된 이래로 존재해 왔습니다. 실제로 클라라 포드(Clara Ford)는 남편 헨리(Henry)가 만든 휘발유 자동차보다 자신의 1914년형 디트로이트 일렉트릭(Detroit Electric)을 훨씬 더 선호했습니다. 그러나 이러한 초기 EV와 그 이후에 등장한 다른 EV는 대부분 수십 개의 무거운 납축 배터리로 구동되었습니다. 이 배터리는 비싸고 제한된 범위를 제공하며 종종 나무늘보와 같은 진행을 제공했습니다. 가볍고 대용량을 저장할 수 있는 리튬 이온 배터리는 비용을 낮추고 주행 거리를 늘려(차트 1 참조) 운송의 전기화가 본격적으로 시작될 수 있도록 했습니다. 전고체 리튬이온 배터리는 또 다른 변화를 가져올 수 있습니다.

자동차 제조업체들은 원래 안전성을 향상시키기 위해 고체 셀에 매력을 느꼈습니다. 기존 리튬 이온 셀은 강력하지만 위험이 따르기 때문입니다. 이는 일반적으로 유기 용매로 만들어진 액체 전해질을 포함하고 있으며 가연성이 매우 높기 때문입니다. 따라서 사고로 인해 리튬 이온 배터리가 손상되거나 재충전하는 동안 과열되면 폭발하여 화염이 발생할 수 있습니다. 불연성 고체 전해질을 사용하면 이를 방지할 수 있습니다. 고체 전해질은 폴리머와 세라믹을 포함한 다양한 화학 물질로 만들 수 있습니다. 그러나 대량 생산의 대가인 도요타도 처음에는 고체 셀을 장기간 효율적으로 작동시키는 것이 어렵다는 것을 깨달았습니다.

고체 전해질 자체가 반드시 배터리 성능을 향상시키는 것은 아니다. 그러나 예를 들어 리튬 이온 배터리를 재설계하여 더 작고 가볍게 만들 수 있으므로 더 적은 공간에 더 많은 에너지를 담을 수 있습니다. 또한 이를 통해 엔지니어는 리튬 이온 배터리를 생산하고 작동 방식을 수정하는 데 사용할 수 있는 재료의 범위를 넓힐 수 있습니다.