전고체 배터리 - 1200km, 10분 충전, 양산은 언제?

보다 최근인 2014~2018년에는 전고체 배터리(STA) 생산 조직에서 진정한 붐이 일어났습니다. 또한 가전 제품, 기기 및 전기 자동차 모두에 적용됩니다.


예를 들어, 2016년 Fisker Inc(올해 파산 신청)의 대표는 다음과 같이 약속했습니다. 전기차 TTA를 사용하면 재충전 없이 500마일을 이동할 수 있으며, 400개월 후에는 수치가 300마일, 그 다음에는 2017마일로 떨어졌습니다. 다이슨 CEO J. 다이슨은 2021년 자신의 회사가 2019년 넘게 전고체 배터리 분야에 노력해 왔다고 확신했습니다. 다만, XNUMX년 출시 예정인 TTA가 자신의 전기차에 탑재될 것인지에 대한 질문에는 답하지 않았다. XNUMX년 가을에 프로젝트가 중단되었습니다.


그러나 중국인은 가장 멀리 나아갔습니다. 2018년에 스타트업 Qing Tao Energy Development Co의 리더 중 한 명이 TTA 생산을 위한 생산 라인이 쿤산에 배치되었다고 공개적으로 발표했습니다. 이 프로젝트에는 144억 2020만 달러가 투자되었습니다. 이 라인의 용량은 700년까지 연간 14MWh에 도달해야 합니다. 이는 생산된 배터리가 약 XNUMX대의 전기 자동차에 충분하다는 것을 의미합니다. 하지만 현재까지 결과에 대해서는 알려진 바가 없습니다.


VW, BMW, Toyota의 우려 대표자들은 당시 성명에서 더욱 신중했습니다. 첫 번째는 2025년 이전에 TTA의 대량 생산에 대해 이야기했습니다. 투자금액은 100억 달러에 이르렀다. 바이에른 자동차 제조업체는 스타트업 Solid Power(미국)와 계약을 체결했습니다. 현대차는 TTA 생산을 조직화하기 위한 프로젝트를 개발 중이라고 밝혔지만 마감 기한은 정해지지 않았다.


그 이후로 열정의 강도는 다소 감소했으며 전염병은 "제 역할을 했습니다". 그러나 에너지 집약적 배터리 생산에 대한 관심은 사라지지 않았습니다. 이에 대해서는 나중에 이야기하겠지만 먼저 이것이 어떤 종류의 "짐승", 즉 전고체 배터리인지 알아내는 것이 좋습니다. 비액체 전해질은 19세기에 알려졌습니다. 그러나 이에 대한 강한 관심은 현재와 지난 세기의 전환기에야 다시 시작되었습니다.

일반 단어로 표현된 고체 배터리

생산에는 Solid-State Battery라는 특수 기술이 사용됩니다. 영어로 번역됨 - "단단한 몸체를 가진 배터리." TTA와 이전 제품의 주요 차이점은 복합(폴리머) 소재인 전해질을 사용한다는 점입니다. 대부분 황화물, 무기 산화물 또는 세라믹입니다. 각 개발자는 자신만의 공식을 가지고 있으며 이를 비밀로 유지합니다.


리튬 이온 배터리는 액체, 젤 또는 함침제를 사용합니다. 그러나 전고체 배터리의 작동 원리는 동일합니다. 충전하는 동안 이온은 음극(공기, 금속 또는 황이 그 역할을 함)에서 양극(리튬으로 만들어질 수 있음)으로 이동하고 용량이 소모되면 , 그 반대. 입자의 이동은 전해질을 통해 수행됩니다. 전고체 배터리의 장점과 단점을 평가해 보겠습니다.

더 나은 에너지 밀도와 더 빠른 보충

TTA는 리튬이온 배터리에 비해 단위 부피(무게)당 더 많은 용량을 저장할 수 있다. 간단히 말해, 동일한 무게와 크기의 전고체 배터리를 사용하면 장거리 주행이 가능한 전기자동차가 제공됩니다(주행거리가 20~30% 증가). 그리고 리튬이온 배터리를 장착한 자동차가 주행하는 거리를 측정하면 TTA는 훨씬 더 작은 크기와 무게로 동일한 거리를 보장합니다.


전고체 배터리는 리튬 이온 배터리보다 빠르게 충전됩니다. 그것은 옴의 법칙에 따라 내부 저항이 낮아지는 것과 관련된 전류의 더 나은 전도성에 관한 것입니다. 배터리 충전 속도 측면에서 현대적인 성과에 대해 더 자세히 설명하는 것이 합리적입니다.

TTA 양산에 가장 가까운 사람은 누구인가?

지난 가을, Toyota는 Idemitsu(일본 석유 회사)와 협력하여 기술적 "획기적"을 이루었으며 2027년에 TTA 대량 생산을 시작할 준비가 되었다고 발표했습니다. 새 배터리 덕분에 전기차 주행거리는 1200km에 달하고, 충전시간은 10분으로 단축된다. 일본 자동차 제조사는 2006년부터 전고체 배터리를 개발해 왔다.


이미 올 가을, 대만 회사인 ProLogium Technology의 대표는 복합 실리콘 양극을 사용한 세계 최초의 배터리 제작을 발표했습니다. 배터리는 60분 안에 용량의 5%를 보충합니다. 이는 전기차가 약 300km를 주행할 수 있는 수준이다.


전고체 배터리는 올해 2023월 파리에서 열린 연례 모터쇼에서 시연됐다. 이번 전시회에서 프로로지움테크놀로지 관계자는 “XNUMX년부터 배터리 에너지 밀도와 충전 속도 향상 측면에서 경쟁사를 압도하고 있다”고 밝혔다.


하지만 양산 시작이나 신제품 가격 등에 대해서는 알려진 바가 없다. 2028년에 자체 전고체 배터리의 대규모 생산을 시작하겠다고 약속한 닛산 자동차도 주목할 만합니다. 그리고 중국에서는 CASIP 계획이 국가 차원에서 도입되어 2030년까지 조립 라인 생산에 TTA를 도입할 예정입니다.

저렴한 비용과 안전성

첫 번째 장점은 코발트와 같은 고가의 부품을 덜 사용한다는 점입니다. 전고체 배터리에는 구성 요소가 거의 없습니다. 분리막 및 기타 일부 요소가 누락되었습니다. 리튬 이온 배터리는 크기와 무게가 더 큽니다. TTA는 냉각이 필요하지 않고 수명이 더 길며 지속적인 충전 및 방전 중에도 마모가 거의 발생하지 않습니다.


이러한 배터리는 리튬 이온 배터리보다 환경에 덜 위험합니다. 후자에는 배터리가 손상되거나 과부하가 걸린 경우 방출될 수 있는 불소 화합물이 포함되어 있습니다. 또한 TTA는 자체 방전 수준이 매우 낮으며 폭발하거나 자체 점화되지 않습니다. 즉, 전해질이 흘러나올 수 없습니다. 혁신적인 배터리의 장점은 여기서 끝나지만 단점은 어떨까요?

TTA의 단점

첫 번째 문제는 제조의 복잡성입니다. 제품에는 정밀한 기술이 필요합니다. 필요한 밀도를 제공하는 균질한 구조의 고체 전해질을 사용할 필요가 있습니다. 약간의 불순물이라도 제품의 신뢰성과 효율성을 크게 떨어뜨립니다.

현재 적극적으로 연구되고 있는 다음 단점은 산소, 습기 및 저온에 대한 높은 민감도입니다. 추운 기후에서는 TTA에 문제가 발생합니다. 즉, 용량이 떨어집니다. 배터리를 가열하거나 다른 고체전해질을 사용한 제품을 개발해야 할 것이다. 또 하나의 단점이 있습니다. 바로 세계 표준이 없다는 것입니다. 이는 다양한 유형의 TTA와 특정 전기 자동차 모델의 호환성에 장애가 될 수 있습니다.


TTA 제조사와 정부기관, 자동차회사 등 이해관계자와의 협력이 필요하다. 그러나 말할 가치가 있습니다. 오늘날 전고체 배터리의 장기적인 사용 경험이 없기 때문에 전고체 배터리의 모든 장점과 단점이 아직 연구되지 않았습니다.

결론 및 일반화

직렬 전기 자동차를 생산하는 주요 자동차 제조업체는 TTA가 미래라는 데 의심의 여지가 없습니다. 이는 TTA 프로젝트에 대한 막대한 투자를 통해 간접적으로 입증됩니다. 위에서 쓴 것처럼 Toyota는 2025~27년 계획을 통해 대량 생산 구현에 가장 가깝습니다.


세라믹 배터리를 개발하고 있는 미국 퀀텀스케이프(QuantumScape)에 투자한 폭스바겐(VW)도 같은 시기를 지적하고 있다. 현대·기아차·메르세데스·스텔란티스는 폴리머 기반 전고체 배터리를 만드는 회사인 팩토리얼에너지(미국)를 우선시했다. 우리는 결론을 내릴 수 있습니다. 세계 최고의 자동차 제조업체 중 다수는 2030년 이전에도 직렬 TTA가 장착된 전기 자동차가 시장에 출시될 것이라고 확신하고 있습니다.