개요
고체 리튬 이온 배터리는 기존 액체 리튬 이온 배터리에 비해 몇 가지 중요한 장점을 지닌 새로운 배터리 기술입니다.. 이로 인해 전고체 리튬이온 배터리가 차세대 배터리 기술로 주목받고 있습니다.. 고체 리튬 이온 배터리는 안전성 측면에서 아직 개선할 부분이 많이 남아 있지만, 힘, 현재 사용 가능한 가장 진보된 리튬 이온 배터리와 비교한 에너지 밀도, 현재 사용되는 액체 용액을 대체하기 위해 고품질 고체 전해질의 발견 및 적용에 의존하는 등.
리튬 배터리 산업은 끊임없이 발전하고 있습니다, 이 제품이 더 많은 범위를 가질 수 있도록 점점 더 고성능의 혁신적인 기술을 개발하기 위해 매일 연구를 수행합니다., 더 큰 힘, 그리고 충전시간도 짧아요.
이런 의미에서, 전고체전지 기술은 기술의 마지막 개척지인 듯, 이 새로운 솔루션은 전기 자동차의 미래가 될 큰 잠재력을 가지고 있습니다.. 그것은 일련의 큰 장점을 가지고 있습니다, 그러나 시장 진입을 지연시키는 많은 제한 사항도 있습니다..
목차
고체 리튬 이온 배터리 란 무엇입니까??
직접적인 답변: 둘 다 리튬 배터리입니다., 하지만 그게 더 나을 거야.
그들의 작동 원리는 동일합니다, 고체 리튬 배터리 내부에 액체 성분이 없다는 점을 제외하고. 기존 리튬이온 배터리의 경우, 전해질은 액체이다. 일반적으로 리튬염으로 구성되어 있습니다. (LiPF와 같은 6, LiBF 4, 또는 LiClO 4) 유기 용매에 용해 (에틸렌 카보네이트와 같은, 디메틸 탄산염, 등.). 스마트폰 배터리에는 전해질이라는 액체성분이 있다, 리튬 이온이 자유롭게 흐르고 충전 후 장치에 전원을 공급할 수 있습니다.. 이로 인해 휴대폰을 떨어뜨렸을 때 액체가 새는 현상도 발생합니다..
고체 배터리와 리튬 이온: 차이점 드러내기
배터리 에너지 저장장치 개발에, 두 명의 주요 경쟁자가 최고의 자리를 놓고 경쟁하고 있습니다.: 전고체 배터리 및 리튬 이온 배터리. 이 강력한 배터리는 가전제품과 재생 에너지 시스템에 전력을 공급합니다.. 의 출현으로 전고체 배터리 기술, 배터리 산업은 기술 혁명을 겪고 있습니다, 리튬이온 배터리의 독보적인 위치에 도전하다.
그러나 전고체 배터리와 리튬 이온 배터리의 주요 차이점은 무엇입니까??
앞서 언급했듯이, 주요 차이점은 전해질 구성에 있습니다., 이름에서도 알 수 있듯이. 게다가, 우리는 더 많은 것을 배울 수 있습니다. 다음과 같이 이해될 수도 있습니다., 고체 리튬 배터리를 연구하는 이유? 그 이점은 무엇입니까?
에너지 밀도
고체 리튬 이온 배터리： 이 유형의 배터리는 액체 리튬 이온 배터리보다 거의 두 배 많은 에너지를 저장할 수 있습니다., 특히 양극 재료를 더 작은 재료로 교체할 때.
리튬 이온 배터리：다양한 화학 원료로 구성된 리튬 이온 배터리의 용량은 다를 수 있습니다., 하지만 전고체 배터리에 비해, 그들의 에너지 밀도는 더 낮다.
전해질 재료
배터리의 전해질은 금속 이온이 양극과 음극 사이를 흐르게 하는 전도성 화학 혼합물입니다., 전기화학반응을 일으키게 된다.
시중에 판매되는 일반 리튬 이온 배터리와 고체 리튬 배터리의 주요 차이점은 전자가 전류를 조절하기 위해 액체 전해질을 사용한다는 것입니다., 전고체 배터리는 고체 전해질을 선택하지만.
고체 리튬 이온 배터리: 액체 대신 고체 전해질을 사용하면 전체 무게가 가볍고 에너지 밀도가 높아집니다.. 이것은 또한 일부 운송 모드에서 약간의 무게 이점을 갖습니다..
리튬 이온 배터리: 액체 전해질에서 전기화학 반응이 발생합니다., 양극과 음극 사이에 리튬 이온이 흐르게 하여.
리튬 이온 배터리에는 다양한 화학 물질 유형이 있습니다., 그리고 그들 사이에도 차이점이 있습니다. LCO가 있습니다, LMO, LFP, NCA, LTO, 등. 이라는 제목의 이 기사를 읽을 수 있습니다. “6 선택할 수 있는 리튬 이온 배터리의 화학적 유형” 좀 더 자세한 이해를 돕기 위해.
리튬 배터리 안전
고체 리튬 배터리: 고체 전해질로 열사고 위험 감소, 그들을 더 안전하게 만드는 것, 운송뿐만 아니라 사용에도.
리튬 이온 배터리: 과열 등의 안전 문제가 발생하기 쉽습니다., 확장, 그리고 불, 납축전지보다 더 위험하다.
리튬 배터리는 얼마나 오래 지속됩니까?
고체 리튬 배터리: 고체 전해질은 액체에 비해 안정성이 높고 반응성이 낮습니다., 그 결과 서비스 수명이 상대적으로 길어집니다..
리튬 이온 배터리: 배터리를 충전할 수 있는 횟수는 특정 범위 내로 제한됩니다.. 액체 리튬 이온 배터리의 온도 요구 사항은 약간 더 높습니다., 충전을 위한 주변 온도, 방전, 일반적으로 사용이 표시됩니다.. 전고체 배터리에 비해 수명이 짧습니다..
전고체 배터리의 구조
모든 리튬이온 배터리에는:
전극 2개, 구조에 리튬 이온을 수용할 수 있는 화합물입니다..
음극(Cathode)은 LFP 등 양극재로 만들어진 전지의 양극을 말한다., NMC, LMO, 등.
양극재는 음극재로 만들어진 배터리의 음극을 말합니다. (탄소나 흑연과 같은 비활성 물질과 같은).
중앙 파티션, 플라스틱 폴리머로 만들어진 얇은 층입니다. (폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌), 양극과 음극 사이의 칸막이 역할을 합니다., 절연체도 그렇고.
전해질: 이온 이동의 매질; 리튬염을 함유한 유기액체. 전해질은 배터리 내부의 전체 부피를 채웁니다., 전극을 담그다, 리튬 이온이 이동할 수 있도록 해준다..
기존 리튬이온 배터리에는, 분리막의 주요 기능은 절연입니다., 하지만 다른 기능은 없어요. 액체 전해질로 완전히 포화되어 있습니다.. 양극은 일반적으로 흑연으로 만들어집니다., 리튬 이온은 전해질을 통해 이동하여 양극과 음극의 결정 구조에 삽입됩니다.. 이러한 구조에는 매우 작은 리튬 이온 입자를 수용할 수 있는 내부 틈이 있습니다..
하지만, 전고체 배터리는 모든 구성 요소와 매체가 단단하기 때문에 내부 구조가 다릅니다..
전고체 배터리는 다음 구성 요소로 구성됩니다.:
양극: 리튬 금속으로 제작됨 (순수 리튬).
음극: 리튬이온 배터리와 동일한 화합물로 제작 (LFP와 같은, NMC, LMO, 등.).
횡격막, 일반적으로 세라믹 또는 고체 폴리머, 전해질로도 사용된다.
가운데 회색층은 고체 분리막입니다., 양극과 음극 사이의 분리막 역할을 할 뿐만 아니라, 뿐만 아니라 전해질로도.
그러므로, 이온 이동의 매개체이자 전기 절연 기능을 가지고 있습니다., 양극과 음극 사이의 기계적 막 역할. 이 견고하고 내구성 있는 지지대는 양극의 흑연 구조를 제거할 수 있습니다., 리튬 금속이 양극에 직접 축적되도록 보장. 게다가, 반고체 용액이 있습니다, 전해질이 젤 같은 물질인 경우.
전해질과 분리막의 공간적, 소재적용 측면에서 전고체전지 개념이 우수함을 알 수 있다..
고체 리튬 이온 배터리는 어떻게 작동합니까??
전고체 배터리의 작동 원리는 기존 리튬 이온 배터리와 매우 유사합니다., 리튬 이온이 흐르는 액체 전해질 대신 고체 전해질을 사용하는 점만 제외. 이렇게 하면 가장 큰 장점은 전고체 배터리에는 액체 전해질의 모든 안전 위험이 없다는 점입니다..
하지만 기본 작동 원리는 동일합니다.. 전고체 배터리의 경우, 순수 리튬은 배터리의 양극에 축적됩니다., 방전 중에 음극에서 양극으로 흐릅니다., 표준 액체 전해질 배터리와 같이 금속 산화물 전극을 포함하는 대신 금속 형태로 축적됩니다.. 이 기능은 배터리를 더욱 안전하게 만들 뿐만 아니라, 뿐만 아니라 많은 공간을 절약합니다..
전고체 배터리의 장점은 무엇인가요??
제품 크기
고체 전해질은 기존 리튬 이온 배터리의 분리막을 대체했습니다., 일반 리튬이온 배터리에 비해 공간을 덜 차지하고 가벼워졌습니다.. 기술의 획기적인 발전은 항공기, 운송용 트럭 등 분야에 적용될 가능성이 있습니다..
배터리 무게
리튬은 가장 가벼운 금속원소이다., 전고체 배터리의 리튬 금속 양극이 더 작은 패키지에서 더 높은 에너지 밀도를 제공할 수 있게 해줍니다.. 이런 식으로, 전고체 배터리는 경량화 옵션이 되었습니다..
예를 들어, 전기차가 계속해서 크기가 커지면서, 거리 데이터를 유지하기 위해 필요한 배터리 용량도 증가하고 있습니다., 이는 또한 체중 증가 문제를 야기합니다.. 무게가 증가하면 타이어 마모가 증가하기 때문입니다., 그 결과 더 많은 미립자 오염 물질이 발생합니다.. 그러므로, 전기 자동차와 배터리의 무게를 줄이는 것은 배기가스 배출을 줄이는 데 도움이 될 뿐만 아니라, 뿐만 아니라 타이어 마모와 입자 방출도 감소시킵니다.. 고체 배터리는 우수한 기본 요구 사항을 제공할 수 있습니다..
안전성과 사용 기간
리튬 이온 배터리에는 휘발성 및 가연성 액체 전해질이 포함되어 있습니다., 화재의 위험이 있는 것. 고체 배터리, 반면에, 더 높은 온도를 견딜 수 있고 더 강한 열 안정성을 가질 수 있습니다., 만들기 더 안전해.
크기가 작고 에너지 밀도가 높기 때문에, 전고체 배터리는 더 작은 공간에 더 많은 에너지를 저장할 수 있습니다., 이는 이를 사용하면 배터리 수명이 향상될 수 있음을 의미합니다..
제조업체는 자사의 전기 자동차가 여행할 수 있다고 주장합니다. 745 한 번 충전으로 마일리지.
충전속도 측면에서는, 전고체 배터리도 우수. 전기 자동차의 리튬 이온 배터리는 일반적으로 20 분까지 12 완전히 충전하는 데 몇 시간, 전고체 배터리는 최소한으로 충전할 수 있습니다. 80% 단지 그들의 능력의 10 에게 15 분.
고체 배터리는 또한 수명이 더 길고 최대 100%까지 충전할 수 있습니다. 5 리튬이온 배터리보다 2배 이상, 이를 통해 배터리의 전체 수명을 연장합니다.. 데이터 비교에 따르면 전고체 리튬 배터리가 우수함을 알 수 있습니다..
탄소 배출량 감소
전고체 배터리는 더 적은 양의 재료를 사용하고 다음과 같이 기후에 미치는 영향을 줄일 수 있습니다. 39% 리튬이온 배터리에 비해. 이는 더욱 환경친화적이며 탄소 중립이라는 개발 개념에 부합한다는 것을 의미합니다..
고속 충전
최근 연구에 따르면 전고체 배터리 충전 속도 기존 리튬이온 충전 기술보다 6배 빠르다. 하지만 이 속도를 달성하기 위해서는, 다른 핵심 성과 지표가 희생될 수 있음, 그래서 추가적인 최적화가 필요합니다.
하지만, 액체 전해질은 고온에서 손상되기 쉽다는 것을 확인할 수 있습니다, 고체 전해질은 고온에서 더 나은 성능을 발휘하지만. 이는 전고체 배터리가 고속 충전 및 발열 시 더 나은 성능을 발휘할 수 있음을 의미합니다., 발열 측면에서도 자체 성능을 잃지 않는다고 볼 수 있습니다..
왜 우리에게 필요한가요??
고체 리튬 이온 배터리 도입을 통해, 고체 배터리와 리튬 이온 배터리의 차이점 분석, 전고체전지의 장점과, 우리는 포괄적인 이해를 얻었습니다..
왜 우리에게 필요한가요??
기존 액체전해질 리튬전지는 자동차 등 대형 장비에 전력을 공급하려면 상당한 부피를 갖춰야 한다.. 그리고 이 배터리에는 안전상의 위험이 있습니다., 과도한 압축을 가하면 온도 변화로 인해 팽창하거나 누출될 수 있습니다.. 내부의 액체는 가연성이므로 주의해야 합니다..
누구나 한 번쯤은 불안을 경험해 본 적이 있을 것이다. “휴대폰 배터리가 부족해요” 사용 중 배터리 수명 문제도 하나의 요인이라는 점을 이해합니다..
전통적이면서도 리튬 이온 배터리 이전 배터리에 비해 개선되었습니다., 이러한 문제를 해결하는 데에는 아직 부족함이 있습니다.. 느린 충전 속도와 제한된 수명으로 인해 많은 응용 분야에서 성능이 저하됩니다..
그리고 전고체 배터리는 이러한 문제를 점차 해결하고 있습니다.. 부피는 작지만 용량은 더 큽니다., 더 가벼운 무게, 그리고 더 높은 안전성. 충전속도는 빨라지고 수명은 길어집니다, 기존 리튬 배터리의 단점을 크게 보완할 수 있습니다.. 그것이 우리에게 필요한 이유이기도 하다.
언제 우리 고체 리튬 이온 배터리를 볼 수 있습니다
솔리드 스테이트 기술은 다음 분야에서 소량으로 사용되었습니다.:
적절한 기후에서 작동하기에 적합한 배터리
항공우주 응용 배터리
반고체 또는 고체 하이브리드 배터리.
최근 중국 자동차 회사가 출범했습니다. 50 반고체 배터리를 장착한 자동차
하지만 전고체 배터리는 아직 개발 중입니다., 대규모로 상업적으로 적용되기 위해서는 아직 극복해야 할 과제가 남아있다..
비용
현재, 전고체전지는 일반 리튬이온전지에 비해 고가의 재료를 사용하고 생산공정이 복잡하기 때문에 생산단가가 높다.. 대개, 성숙한 시장 기술은 사용되기 전에 최적화됩니다., 그래서 이것은 아직도 진행 중인 과정입니다.
확장
전고체 배터리 개발의 대부분은 아직 실험실 단계에 있습니다., 전고체 배터리는 기존 배터리보다 안전한 것으로 간주됩니다.. 하지만, 리튬 금속 바늘과 같은 성장으로 인한 단락 위험 문제는 여전히 시급히 연구되고 해결되어야 합니다.. 그 동안에, 생산 규모를 어떻게 확대할 것인가도 현재 진행 중인 연구 주제다..
안정성 문제
전고체 배터리는 충전과 방전 과정에서 호흡과도 같습니다.. 리튬 금속 양극은 충전 시 두꺼워지고 방전 시 얇아진다. 주요 문제는 고정 상태와 압축 상태를 동시에 유지하는 방법에 있습니다..
내부 레이어가 분리되지 않도록 배터리는 압축된 상태로 유지되어야 합니다., 하지만 단순히 외부 쉘에 고정하는 것만으로는 충분하지 않습니다., 배터리에는 유연한 신축성이 필요하기 때문에 “호흡”.
그러므로, 복잡한 기계구조 설계 필요. 압축 중에 모든 구성 요소의 유연성을 유지하기 위해 스프링 사용, 하지만 이 기계 시스템은 복잡하고 비용이 많이 듭니다, 대량생산이 어려워서.
전고체 배터리의 구성으로 인해, 확장을 완전히 피할 수는 없습니다.. 압력에 대한 수요를 줄이기 위한 연구를 수행함으로써, 배터리는 더 낮은 압력에서도 안정성을 유지하거나 수요를 충족하기 위해 고급 재료를 사용할 수 있습니다.. 이는 미래 기술 발전의 핵심 방향이 될 것이다..
분리기와 온도
이온은 실제로 원자로 전하를 띤 물질입니다., 액체 속에서 움직이기 쉽게 만들기. 이온이 고체에서 자유롭게 움직일 수 있도록, 구분 기호 (세라믹 분리기와 같은) 특별한 구성 요소가 있어야합니다. 현재, 우리는 고성능 고체 전해질을 가지고 있습니다, 그러나 이러한 전해질은 실온에서 잘 작동하지 않습니다.. 그들은 위의 온도에서만 좋은 도체가 될 수 있습니다 50 섭씨.
이로 인해 전고체 배터리의 실제 적용에 한계가 있습니다., 자동차 배터리는 무한정 고온을 유지할 수 없기 때문에.
전고체 배터리의 온도가 높지 않은 경우, 성능이 크게 저하됩니다. 그러므로, 고체 전해질이 저온에서도 잘 작동할 수 있는지 확인하려면 추가 연구가 필요합니다., 보다 실용적인 응용 분야에 전고체 배터리를 사용하기 위해.
전고체전지 분야의 연구개발이 빠르게 발전하고 있습니다., 많은 전문가들은 전고체 배터리가 결국 전기차 등 분야의 표준이 될 것이라고 믿고 있습니다..
결론
많은 배터리 업계 제조업체들이 이 유망한 기술에 관심을 갖고 있습니다., 메르세데스 벤츠와 같은, 폭스바겐, 토요타, 테슬라, 등., 연구 개발에 상당한 자원을 투자하고 있습니다.. 기술적인 문제가 해결된 경우, 그들은 시장의 첫 번째 사람이 되어 담론의 힘을 갖게 될 것이다.. 그리고 사이에 출시될 것으로 예상됩니다. 2024 그리고 2026, 매우 기대되고 주목할만한 가치가 있습니다..
