리튬 이온 배터리에 결함이 있으며 업그레이드해야합니다.

믿거 나 말거나 손에 쥐고있는 스마트 폰은 1969 년 달 표면에 인간을 올려 놓은 NASA의 컴퓨팅 네트워크보다 강력했으며 스마트 폰으로 전화를 걸고 메시지를 보낼 수도 있습니다. 게임 및 비디오 재생과 같은 다른 놀라운 기능으로 완전히 나열 할 수없는 이미징, 방송 및 기타 기능이지만 스마트 폰을 통해 얻는 모든 기능이 흐려질 수 있으며 강력한 충전식 배터리가 없으면 장치가 쓸모 없게됩니다. 오래 지속될 수 있지만 사용 된 기술은 여전히 ​​결함이 있으며 개발이 필요합니다.

리튬 이온 배터리

최초의 납축 전지는 1859 년 물리학 자에 의해 개발되었습니다. 가스통 플랜 티그리고 1980 년에 세상을 존 굿 나브 1991 년 소니에서 판매하여 휴대폰 배터리로 사용한 리튬 코발트 산화물 음극 배터리로, Godnav는 동료 화학자 M. Stanley Whittingham 및 Akira Yoshino와 함께 XNUMX 월에 노벨상을 수상했습니다.

리튬 이온 배터리는 리튬 산화물 음극 (양극)과 양극 (음극) 및 전도체로 사용되는 전해질 (분리기)을 결합하여 작동하며, 배터리가 충전 및 방전되면 이온이 전극 사이를 이동하여 에너지를 생성합니다. 그런 다음 배터리를 사용할 수 있습니다.

일본, 중국, 한국의 62 개 기업 만이 세계 리튬 이온 배터리의 2015 %를 생산하고 있으며, 중국이 스마트 폰, 태블릿, 노트북의 지속적인 글로벌 성장과 함께 국내 전기 자동차 생산을 적극적으로 추진하기 시작한 XNUMX 년 이후 수요가 급격히 증가했습니다.

중국은 현재 전 세계 전기 자동차의 60 %를 생산하고 있으며 해수에서 발견되는 풍부한 천연 미네랄 인 리튬의 통제를 확보하기 위해 노력하고 있으며 주로 남미, 특히 볼리비아, 칠레, 아르헨티나에서 생산되고 있습니다.

중국 회사 Tianqi Lithium은 작년에 칠레 광산 회사 인 Sociedad Química y Minera의 지분에 4 억 달러를 지불하여 전 세계 리튬 생산량의 절반을 효과적으로 통제 할 수있게했으며, Tianqi가 집중하는 산업은 리튬 이온 배터리 시장입니다. 시장 조사 기관인 Global Market Insights에 따르면 33 년 2018 억 달러에서 73 년까지 2024 억 달러 이상으로 성장할 것으로 예상됩니다.

리튬 이온 배터리의 단점

리튬 (백금이라고 함)은 다른 원소에 비해 화학적 활성 원소이며, 세계에서 대부분의 리튬을 생산하는 남미에서는 소금 표면에서 백금을 추출하지만 사용하는 방법은 하나에서 물을 많이 소비합니다. 코발트와 같이 세계에서 가장 건조한 지역 중 배터리 생산에 필요한 또 다른 광물은 콩고 민주 공화국에서 거의 독점적으로 발견되며 어린이를 노동으로 사용하는 등 안전하지 않은 관행을 통해 채굴됩니다. 코발트.

더욱이 리튬 이온 배터리는 현재 재활용하기에는 너무 비싸서 매립되는 경우가 많고 미국인들은 매년 약 70 억 개의 리튬 이온 배터리를 폐기하지만 스웨덴과 일본에서 시작된 프로젝트가 있습니다. 수년 동안 사용한 후에도 충전량의 XNUMX %를 계속 유지할 수있는 전기 자동차 배터리를 재활용하십시오.

리튬 이온 배터리는 급속한 수요 증가에도 불구하고 안전 문제 및 환경 적 피해와 같은 다른 단점이 있습니다. 리튬 이온은 본질적으로 불안정한 물질이며 손상되거나 고온에 노출되면 폭발 할 수 있기 때문입니다 .195 2009 년 삼성 갤럭시 노트 2017이 직면 한 주목할만한 문제를 포함하여 7 년과 2016 년 사이의 화재 및 폭발.

대체 솔루션

현재까지 암모니아, 마그네슘 및 나트륨이 모두 개발되고 있기 때문에 일부 연구자와 기술자는 리튬 이온 배터리의 이러한 과제와 단점을 해결하기 위해 노력하고 있으며, 다른 사람들은 리튬 이온의 대안을 찾기 위해 느린 진화 과정을 진행하고 있습니다. 낮은 에너지 보유율과 물질적 변동성을 포함한 모든 단점이 있습니다.

캘리포니아 어바인에 본사를 둔 리튬 이온 배터리 회사 인 Enevate Corporation의 마케팅 및 제품 담당 부사장 인 Jarvis Toe는“향후 XNUMX 년 동안 전기 자동차 산업에 놀라운 기능을 보여주는 두 가지 기본 배터리 기술이 있습니다. 리튬을 저장할 수있는 활성 물질로 전기 전도도가 높다.

또 다른 주요 발전은 코발트의 감소 또는 제거로, 현재 일반 리튬 이온 배터리에 사용되는 재료 비용의 20 %를 차지하고 있으며 코발트 가격은 20 년 미터 톤당 $ 2016에서 약 $ 80로 인상되었습니다. 오늘날 코발트를 제거하는 것이 비용 절감의 열쇠입니다. 리튬 이온 배터리는 Panasonic과 Tesla가 배터리에서 코발트를 제거하기 위해 노력하고있는 이유입니다.

"저 코발트 또는 코발트가없는 음극 기술은 음극이 오늘날 리튬 이온 전지 내에서 가장 값 비싼 부품이고 양극 기술이 계속해서 계속 사용되므로 EV 배터리 비용을 지속적으로 절감하여 더 저렴하고 인증 된 EV를 더 빨리 얻을 수 있습니다. 실리콘을 지배하는 것은 높은 에너지 밀도 및 안전 기능과 함께 매우 빠른 충전 기능을 제공합니다.”

연구팀은 전해질을 보충 할 수있는 "리필 가능한"배터리 외에도 음극이 일반적으로 구성되는 코발트를 대체하기 위해 마그네슘 크롬 산화물 전극과 금 나노 와이어의 사용을 성공적으로 탐색했습니다. 미래의 도로변 발전소는 전기 자동차를 다음과 같이 보충 할 수 있습니다. 새로운 전해질이 필요할 때 현재 리튬 이온 배터리 차량의 주요 문제인 범위 문제를 제거합니다.

시장 조사 기관인 Gartner에서 반도체 및 전자 부문을 담당하고있는 Bill Ray는 구리 발포가 XNUMX 년 이내에 리튬 이온을 대체 할 수 있으며 생산에 가까워지고 더 큰 양극으로 충전 될 수 있다고 말합니다. 물론 소비자가 원하는 것입니다.”

포드를 비롯한 여러 회사가 액체 전해질 분리막을 고체로 대체하여 작동하는 고체 배터리를 개발하고 있으며, 새로운 결정질 재료, LTPS 다결정 실리콘, 초 이온 수소화 리튬 전도체를 포함한 다양한 잠재적 재료를 연구하고 있습니다. , 그리고 세라믹 전해질.

미래 기술

고체를 사용하면 화재 나 폭발의 위험을 줄이면서 배터리 용량을 늘릴 수 있지만 이러한 물질은 주류 생산과는 거리가 멀지 만 스위스 연방 재료 과학 기술 연구소와 제네바 대학도 새로운 배터리 프로토 타입을 만들었습니다. 전체적으로이 배터리는 리튬 이온보다 더 효율적이고 더 큰 기능을 가지고 있으며 높은 수준의 안전성을 제공합니다.

"XNUMX 미터 이상의 안정적인 무선 충전을 마스터 할 수 있다면 배터리 기술 자체가 훨씬 덜 중요해집니다." 고성능 배터리에 대한 독일 회사 AKASOL의 CEO 인 Sven Schulz는“솔리드 스테이트 배터리 시스템에 대한 첫 번째 시도가 진행 중이지만 현재 솔리드 스테이트 기술은 기술과 가격 측면에서 단점이 있습니다.

그는 리튬 이온 배터리가 2030 년까지 시장에 출시 될 것으로 예상하지만, 리튬 이온 배터리가 향후 2 년 동안 최선의 선택이 될 것이라고 믿고 있습니다. 리튬 이온 기술의 개발은 혁명적 인 과정은 아니지만 단계적으로 5 %에서 XNUMX % 씩 개선 % 연간 % 새로운 실험 기술이 출현 할 때까지이 기술을 고수하는 것이 옳은 일입니다.

장기적으로 일부 전문가들은 배터리 전력의 미래에 대해 완전히 다른 견해를 가지고 있다고 Ray는 차고, 거리 또는 도시 주차장에서 쿠션을 통한 무선 또는 실내 유도 충전이 일반적이라고 말합니다.

"현재 무선 충전은 케이블로 충전하는 것보다 낫지 않습니다. XNUMX 미터 이상의 안정적인 무선 충전을 마스터 할 수 있다면 배터리 기술 자체가 훨씬 덜 중요해집니다. 장치는 지속적으로 충전에 의존하고 있습니다."

에너지 업계의 일부는 Tesla의 Powerwall과 같은 가정용 에너지 저장 장치가 13.5kW 시간의 전기를 저장할 수있는 충전식 리튬 이온 배터리를 포함하고있어 중형 가정에 하루 동안 전력을 공급하기에 충분하므로 표준이 될 것이라고 예측합니다. 더 많은 가정에 태양열 패널과 풍력 터빈이 장착됨에 따라 수요가 증가하고이 에너지를 저장해야합니다.

마지막으로, 다양한 유형의 배터리에 대한 의존도가 증가함에 따라 새롭고 더 안정적이고 효과적인 솔루션을 탐색하기위한 상업적 인센티브가 증가 할 것이며이를 위해 우리는 함께 통합하기 위해 화학, 물리학, 엔지니어링 및 재료 과학 분야에서 더 많은 경험을 쌓아야합니다. 새로운 배터리 기술의 개발이라는 과제를 해결하는 대규모 협력의 물결이있는 것이 중요합니다.

한국어 :

매질