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전기의 발견은 세상을 변화시켰고 사람들의 삶을 더 안전하고, 건강하고, 효율적이고, 편안하게 만드는 일련의 발명품을 탄생시켰습니다. 배터리는 이러한 발견을 한 단계 더 발전시켜 전기를 저장하고 모바일 장치에 전력을 공급하는 데 사용할 수 있는 방법을 제공합니다.

현재는 리튬이온 배터리가 시장을 장악하고 있지만, 보다 안전하고 고용량인 전고체 배터리는 미래에는 전 세계의 전력원이 될 수 있으며 인류가 기후 변화의 영향에서 벗어날 수 있도록 도울 수도 있습니다.

차세대 세라차지(CeraCharge) 소재로 개발된 전고체 배터리 셀. 이미지 출처: TDK 공식 웹사이트

작은 배터리로 시작해 보세요

현재 일부 시계나 의료용 임플란트에는 소수의 소형 전고체 배터리가 사용되고 있다.

일본 전자제품 제조업체 TDK가 세라차지(CeraCharge) 전고체 배터리의 새로운 버전을 성공적으로 개발했다고 발표했습니다. 단위 체적 에너지 밀도는 리터당 1,000와트시로 높으며, 이는 TDK의 기존 전고체 배터리 에너지 밀도의 약 100배입니다. TDK는 배터리의 독점 기술에 대해 많은 세부 정보를 공개하지 않았지만 리튬 합금 양극과 산화물 기반 고체 전해질을 사용하므로 "매우 안전하다"고 밝혔습니다.

새로운 버전의 CeraCharge 배터리의 에너지 저장 기능은 더 긴 배터리 수명이나 더 컴팩트한 디자인이 곧 현실화될 것임을 나타냅니다. 또한, 에너지밀도가 높아 일회용 버튼전지를 대체할 수 있는 충전식 배터리로도 기대된다.

TDK는 우선 무선 헤드폰, 보청기, 스마트워치 등 소형 전자제품에 배터리를 적용할 계획이며, 스마트폰 등 더 넓은 시장에도 진출하겠다는 의지를 밝혔다.

TDK 에너지개발부 과장 사토 히로시(Hiroshi Sato)는 "배터리 면적이 늘어나면서 균일하고 밀도가 높은 구조를 제조하는 것이 점점 어려워지고 있으며, 이로 인해 균열, 변형 등 구조적 결함이 발생할 수 있다"고 말했다. 작은 것부터 시작해서 배터리로 시작해서 생산과 실무 경험을 축적하고 점차적으로 대형 배터리의 상용화 가능성을 탐색해 보세요.”

점차적으로 산업화를 향해 나아가다

현재 리튬이온 배터리의 비용 효율성과 성능이 크게 향상되었음에도 불구하고 충전 시간 제한, 주행 거리 불안, 안전 문제는 전기 자동차가 내연기관 자동차를 완전히 대체하는 데 방해가 되는 주요 장애물로 남아 있습니다. 이러한 맥락에서, 전기자동차 기술 혁신을 위한 강력한 도구인 전고체 배터리는 연구 개발 단계에서 산업화 단계로 점차 옮겨가고 있습니다.

2023년 토요타는 일본 에너지 기업 이데미츠 고산(Idemitsu Kosan)과 손을 잡고 2027년부터 2028년까지 전고체 배터리 생산을 시작한다고 발표했다.

또한 전고체 배터리에 대해 낙관적인 회사는 Mercedes-Benz입니다. 회사는 전고체 자동차 배터리가 리튬이온 배터리보다 약 2배 더 넓은 주행거리를 ​​제공할 수 있다고 믿고 있으며, 2030년까지 이러한 배터리를 대량 생산할 계획입니다.

최근 폭스바겐 계열 배터리 기업 파워코(PowerCo)는 미국 전고체 배터리 개발업체 퀀텀스케이프(QuantumScape)와 전고체 리튬금속 배터리 기술 도입을 위한 전략적 협력을 맺고, 매년 전기차 100만대.

퀀텀스케이프의 독자적인 기술은 고체와 액체 전해질을 결합해 덴드라이트 문제를 효과적으로 방지하고, 전기차의 항속거리를 기존 500km 이상에서 800km로 늘려 전고체 배터리 기술의 상용화를 더욱 촉진할 것으로 기대된다.

전력망 에너지 저장

현재 리튬이온 배터리는 배터리 에너지 저장 시스템의 핵심이지만, 전고체 배터리는 뛰어난 안전성, 긴 수명, 높은 에너지 밀도로 인해 잠재적으로 더 나은 솔루션으로 간주됩니다. 그러나 전고체전지를 대규모로 적용하기 위해서는 여전히 대형전지의 높은 제조비용과 복잡한 공정을 극복해야 한다.

드래곤플라이 에너지(Dragonfly Energy)는 이 문제를 해결하려는 회사 중 하나입니다. 2023년에는 그리드 에너지 저장 분야에서 전고체 배터리 제조의 기술적 장애를 제거할 수 있을 것으로 기대되는 제조기술 특허를 획득했다. 동시에 미국 배터리 제조업체인 ION Storage Systems는 올해 4월 새로운 공장을 설립하여 그리드 스토리지, 전기 자동차 및 기타 분야의 요구 사항을 충족하기 위해 세라믹 전해질과 리튬 금속 양극을 사용하는 전고체 배터리 생산에 중점을 두고 있습니다. 2028년까지 생산능력을 0.5GWh로 확대하는 것이 목표다.

다양한 재료 형태

전고체 배터리를 탑재한 전기 자동차가 대규모로 상용화되기까지는 아직 수년이 걸릴 수 있고, 청정 전력망 구축에 도움이 되기까지 더 오랜 시간이 걸릴 수도 있지만, 연구 상아탑에서 산업화에 이르기까지 이 기술의 꾸준한 발전은 격려.

올해 1월 미국 하버드대 연구진은 10분 만에 충전이 가능한 양극에 실리콘을 넣은 전고체 배터리를 출시했다. 지난 7월 말, 덴마크 연구자들은 암석에서 발견된 광물로 만든 리튬이 없는 고체 배터리를 개발했다고 보고했습니다. 고체 전해질 재료는 저렴하고 효율적이며 환경 친화적이며 고체 리튬 기반 배터리보다 성능이 뛰어납니다. 전해질.

혁신의 물결이 계속해서 급증하는 한, 미래 세계는 다양한 소재 형태의 전고체 배터리 기술을 목격하게 될 것이며, 이는 전기 자동차에 더 오래 지속되는 '활력'과 더 긴 여행을 제공할 것이며 또한 전력망이 전례 없는 청정성을 달성하는 데 도움이 될 것입니다. 인류는 더욱 친환경적이고 효율적인 에너지 시대를 향해 나아가고 있습니다. (장자신 기자)