수백만 마일의 EV에 전력을 공급할 수 있는 '단결정' 전극

리튬이온 전기자동차 배터리의 단결정 전극은 기존 기술보다 몇 배 더 오래 지속될 수 있습니다.

"단결정 전극"을 갖춘 배터리는 수백만 마일의 전기 자동차(EV)에 전력을 공급할 수 있습니다. 즉, 해당 배터리가 자동차의 다른 부품보다 오래 지속될 수 있다는 새로운 연구 결과가 나왔습니다.

이 새로운 유형의 전극을 사용한 리튬 이온 배터리는 6년 동안 지속적으로 충전 및 방전되었으며 원래 용량의 거의 80%를 유지했습니다. 연구진은 11월 15일 Journal of The Electrochemical Society에 이 배터리가 일반 리튬 이온 배터리보다 8배 더 긴 수명을 가졌다고 보고했습니다. 이는 전기 자동차가 800만 킬로미터를 주행하는 것과 같습니다.

모든 배터리는 시간이 지남에 따라 천천히 마모되고 에너지 저장 용량의 일부를 잃습니다. 예를 들어, 휴대폰 배터리는 구입한 날보다 몇 년이 지나면 충전량이 줄어듭니다. 전기차 배터리도 마찬가지다. 저장 용량이 떨어지면 1회 충전으로 자동차가 주행할 수 있는 거리도 줄어든다.

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"우리 연구의 주요 초점은 시간이 지남에 따라 배터리 내부의 손상과 피로가 어떻게 진행되는지, 그리고 이를 방지할 수 있는 방법을 이해하는 것이었습니다."라고 연구 공동 저자이자 Canadian Light Source의 화학자인 Toby Bond는 말했습니다. 성명에서 말했습니다.

전기 자동차 제조업체 Tesla가 자금을 지원하고 Nova Scotia의 Dalhousie University 연구원이 포함된 이 연구에서 연구원들은 오래 지속되는 단결정 전극과 보다 일반적으로 사용되는 다결정 전극을 비교했습니다. 두 전극은 유사한 재료로 만들어졌지만 다결정 전극에서는 이러한 재료가 함께 포장된 더 작은 결정으로 형성된 많은 작은 입자 형태를 취합니다. 단결정 전극에서는 이름에서 알 수 있듯이 각 입자가 단 하나의 결정으로 만들어지므로 기계적 변형에 대한 저항력이 더 커집니다.

Bond와 그의 동료들은 배터리를 분해하지 않고 내부를 관찰하기 위해 고에너지 X선을 사용했습니다. 연구팀은 2.5년 동안 일정한 주기를 거친 후 다결정 전극에 작은 균열이 가득하다는 사실을 발견했습니다. 이러한 균열은 배터리의 리튬 이온이 전극의 원자를 분리시켜 배터리가 저장할 수 있는 에너지의 양을 제한할 때 발생합니다.

이에 반해 단결정 전극은 6년간 연속 충방전 후에도 균열이 거의 발생하지 않았다.

더 오래 지속되는 EV 배터리

단결정 전극을 적용한 배터리는 2만회 이상의 충방전을 거쳤으며 당시 원래 용량의 약 80%를 유지했다. 일반적인 전기차는 1회 충전으로 약 400km를 주행할 수 있어 단결정 전극을 적용한 배터리는 약 500만 마일을 주행할 수 있는 수명을 갖는다. 비교를 위해 오늘날 일반적인 EV 배터리는 약 322,000km(200,000마일) 후에 교체해야 합니다.

Bond는 성명에서 "우리는 이러한 차량을 가능한 한 오랫동안 지속할 수 있어야 합니다. 왜냐하면 오랫동안 운전할수록 탄소 배출량이 더 잘 개선되기 때문입니다."라고 말했습니다.

단결정 전극을 사용하는 배터리는 상용화되었지만 아직 전기 자동차에 탑재되지 않았습니다. Tesla는 Dalhousie 팀의 구성원을 공동 발명자로 지명하여 유사한 단결정 전극 제제에 대한 특허를 취득했습니다.

이러한 발전으로 인해 배터리 작동 시간이 길어지면 배터리는 언젠가는 전기 자동차의 다른 부품보다 오래 지속될 수 있습니다. 그런 일이 발생하면 배터리는 그리드 규모의 에너지 저장 시스템에서 두 번째 수명을 찾을 수 있다고 연구진은 썼습니다. 거기에서 배터리는 재생 가능하지만 태양광이나 풍력과 같이 간헐적으로 접근 가능한 에너지를 저장할 수 있습니다.

Bond는 "이러한 작업은 [새 배터리]의 신뢰성을 강조하는 데 도움이 될 뿐 아니라 이러한 배터리를 제조하고 사용하는 회사가 장기적인 계획을 세우는 데 도움이 될 것"이라고 말했습니다.