EV를 운전하는 대부분의 사람들은 자동차가 완전히 충전된 상태에서 얼마나 멀리 갈 수 있는지, 외부가 매우 추울 때 배터리가 어떻게 작동하는지, 얼마나 빨리 충전할 수 있는지에 대해 걱정합니다. 2월 25일 Nature 저널에 발표된 새로운 연구 논문은 우리가 이 두 가지 문제를 동시에 해결하는 데 가까워졌음을 보여줍니다.
이 연구는 난카이 대학교의 Zhao Qing 교수와 Chen Jun 학자, 상하이 우주 전력원 연구소의 Li Yong이 이끄는 팀이 진행했습니다. 그들은 리튬 배터리를 훨씬 더 강력하게 만드는 방법을 찾았습니다. 구체적으로, 그들은 700Wh/kg의 에너지 밀도에 도달했습니다. 오늘날 자동차에 사용되는 최고의 배터리는 일반적으로 약 250Wh/kg ~ 255Wh/kg이며, 고체 배터리는 약 500Wh/kg을 약속합니다.
이것이 왜 중요한지 이해하려면 연료 탱크와 같은 배터리를 생각해 보십시오. 같은 무게의 탱크 2개가 있고 하나에 3배 더 많은 에너지가 저장되어 있다면 자동차는 멈추지 않고 훨씬 더 멀리 주행할 수 있습니다. 새로운 기술은 현재 표준에 비해 에너지 용량을 거의 3배 늘립니다. 이는 결국 전기 자동차가 차량의 무게를 줄이는 거대하고 무거운 배터리 팩 없이도 훨씬 더 먼 거리를 이동할 수 있음을 의미합니다.
이러한 전력 상승의 비결은 배터리 내부의 액체, 즉 전해질에 있습니다. 배터리는 리튬염과 탄산염 용매를 혼합하여 사용하는데, 이는 리튬의 이동을 돕기 위해 산소 원자에 의존합니다. 이것은 꽤 잘 작동하지만 큰 단점이 있습니다. 액체 전해질은 두껍고 쉽게 퍼지지 않습니다. 또한 온도가 떨어지면 제대로 작동하지 않기 때문에 많은 EV가 겨울 동안 주행 거리를 잃습니다.
중국 팀은 뭔가 다른 것을 시도하기로 결정했습니다. 그들은 불소화 탄화수소 용매를 사용하여 새로운 종류의 액체를 만들었습니다. 리튬을 이동시키기 위해 산소를 사용하는 대신 불소를 사용했습니다. 이러한 변화로 인해 액체가 훨씬 더 젖게 되므로 배터리가 작동하는 데 액체가 덜 필요합니다. 액체는 더 얇고 흐름이 더 좋기 때문에 에너지를 훨씬 더 빠르게 이동할 수 있습니다.
새로운 디자인은 추운 날씨에도 놀라울 정도로 뛰어난 성능을 발휘합니다. 기존 배터리는 온도가 낮아지면 성능이 저하되는 경우가 많지만 새 배터리는 영하 50°C에서도 작동할 수 있습니다. 극한의 온도에서도 배터리는 거의 400Wh/kg의 에너지 밀도를 유지합니다. 이는 오늘날 대부분의 고급 EV가 실온에서 제공하는 것보다 여전히 높습니다.
연구팀은 새로운 전해질을 만드는 방법에 매우 주의해야 한다고 설명했습니다. 리튬 원자가 자유롭게 움직일 수 있도록 액체 내부의 "공간"의 균형을 맞춰야 했습니다. 산소에서 불소로 전환함으로써 성능을 방해하는 병목 현상을 제거하여 배터리를 더 가볍고 더 강하게 만들었습니다.
많은 기업들이 업계의 '성배'라고 불리는 전고체 배터리를 만들기 위해 경쟁하고 있습니다. 그러나 이러한 배터리조차도 일반적으로 약 400Wh/kg에 불과합니다. 새로운 발견은 화학적 성질이 맞다면 "액체" 배터리가 실제로 고체 기술을 능가할 수 있음을 보여줍니다. 이것이 실험실에서 공장으로 진행된다면 배달 트럭부터 비행기까지 모든 것을 만드는 방식이 바뀔 수 있습니다.
이 배터리는 첨단 로봇이나 심지어 우주에서 사용되는 장비에도 전력을 공급할 수 있습니다. 현재 700Wh/kg 수치는 개별 셀에만 적용되지만, 일단 이러한 셀이 완전한 배터리 시스템으로 조립되면 그 이득은 상당할 것입니다. 이 연구는 리튬 배터리가 아직 개발되지 않은 잠재력을 갖고 있으며 고체 기술이 설정한 기대치에 도전하고 있음을 보여줍니다.
