더 작지만 길게 만드는 것이 가능합니까?

이제 리튬이온 배터리는 전 세계적으로 가정에 없어서는 안 될 필수품이 되었습니다. 탁월한 에너지 저장, 경량 및 재충전 가능성을 갖춘 이 배터리는 이제 전기 자동차(EV) 및 기타 가정용 에너지 저장 장치에서 널리 사용되고 있습니다.

하지만 동일하거나 더 많은 용량의 더 오래 지속되고 더 작은 리튬 이온 배터리를 만드는 것이 가능합니까? 대답은 '예'입니다. 전 세계 연구자들은 현재 리튬 이온 배터리의 용량을 늘리고 더 가볍고 더 작게 만드는 방법을 모색하고 있습니다.

이러한 배터리는 양극(양전하 단자)과 양극(음전하 단자), 전해질(반유체 요소), 중간에 있는 분리막 등 두 개의 단자로 구성됩니다. 일반적으로 음극 쪽은 그 주위의 리튬이고 양극 쪽은 흑연으로 구성됩니다. 이러한 리튬 이온 배터리의 전체 작동은 충전 및 방전 중 리튬 이온과 전자의 이동을 중심으로 이루어집니다.

리튬산소전지라고도 합니다. 기존 리튬 이온 배터리보다 10배 더 많은 에너지를 저장할 수 있습니다. 그들의 에너지 용량은 화석 연료가 제공하는 에너지와 비슷합니다. 그러나 아직 상업적으로 사용될 수 있는 실행 가능한 솔루션이 되지는 못했습니다.

설계에 따라 이 배터리의 전극 중 하나는 리튬으로 구성되고 다른 쪽은 가스 확산 전극으로 구성됩니다. 이러한 배터리를 사용하면 리튬 이온이 양극에서 전해질을 거쳐 양극으로 이동하고, 그곳에서 산소와 결합하여 리튬 산화물을 형성하고 전기를 생성합니다.

그러나 좋은 소식은 일단의 연구자들이 이를 성공시키기 위해 노력하고 있다는 것입니다. 독일 올덴부르크 대학교 팀은 이러한 배터리의 수명을 연장하고 리튬 산소 배터리를 현실화하기 위해 노력하기 시작했습니다. 이 프로젝트는 비양성자성 리튬-산소 배터리를 위한 대체 재료 및 구성 요소: 비활성 구성 요소의 화학 및 안정성(AmaLiS 2.0)으로 명명되었습니다. 연방 교육연구부는 프로젝트 팀에 110만 유로를 지원했습니다.

연구팀은 양면에 코팅된 멤브레인을 사용하여 음극과 양극을 분리하려는 새로운 아이디어를 테스트하기 위해 노력하고 있습니다. 또한 팀은 배터리의 양면에 두 가지 서로 다른 전해질을 사용하려고 합니다. 마지막으로 그들은 또한 티타늄 카바이드를 전극 중 하나의 재료로 사용하려고 합니다.

리튬-산소 배터리에 대한 연구 외에도 여러 연구원, EV 및 기타 회사에서는 양극의 흑연을 또 다른 중요한 요소인 실리콘으로 대체하기 위해 노력하고 있습니다. 실리콘은 양극에 사용될 때 흑연보다 10배 더 많은 무게의 리튬 이온을 유지하는 장점이 있습니다.

그러나 그 이점에도 불구하고 사용을 방해하는 기술적 장애물이 있습니다. 첫째, 리튬 이온을 탑재할 때 양극의 부피 팽창으로 인해 종종 재료 파손으로 이어지는 경우가 많습니다. 이는 실리콘을 사용하여 양극의 수축과 팽창에 기인한다.

그러나 좋은 소식은 연구원들이 이 기술의 획기적인 발전을 위해 노력하고 있다는 것입니다. 예를 들어 General Motors와 OneD Battery Sciences는 실리콘 나노기술 양극을 연구하고 있습니다. 팀은 이러한 재구성된 배터리가 2026년 말까지 Mercedes G Class SUV에 사용될 것이라고 주장했습니다. 마찬가지로 Group14 Technologies는 2024년까지 Porsche EV에 실리콘 구동 배터리를 설치하겠다고 약속했습니다.

연구원들에 따르면 실리콘은 오래 지속되는 용량과 빠른 충전과 같은 고유한 기능을 갖추고 있어 미래의 EV를 더욱 저렴하고 효율적이며 더 작게 만들 수 있습니다. 더욱이 흑연의 엄청난 양으로 흑연의 대안으로 사용하면 제조업체는 여전히 중국과 같은 극소수 국가에서만 발견되는 흑연으로부터 독립할 수 있습니다.

앞서 테슬라의 대형 EV 브랜드도 배터리 양극에 실리콘을 5%만 추가해 배터리 용량을 늘리려고 시도한 바 있다. 더욱이, 몇몇 다른 연구자들과 기업들은 수입 의존도를 줄이고 리튬 이온 배터리의 효율성을 향상시키기 위해 흑연 대신 실리콘을 사용하는 연구 개발에 투자하고 있습니다.