차량의 리튬이온 배터리 기술의 문제점

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차량의 리튬이온 배터리

인공지능은, AI컴퓨터 스타트업 Cerebras Systems의 CEO겸공동 설립자인 Andrew Feldman씨에 의하면, 오늘의 인공지능은 그것보다 훨씬 적다.문제는 그와 그의 동료 Cerebras의 창설자들이 보는 것처럼, 오늘날의 인공 뉴럴 네트워크는 훈련하기에는 시간과 계산량이 너무 많이 걸린다는 것입니다.

 

예를 들면 자율주행차는  도로에리튬이온배터리는 어디에나 있습니다. 가젯, 차량, 로봇, 파워그리드 스토리지에서 볼 수 있습니다. 현재 세계 생산량은 연간 160기가와트 정도입니다. 이 혁신적인 기술은 2019년 그 주요 개발자 3명에게 노벨 화학상을 수여했다.하지만 리튬이온전지는 완벽과는 거리가 멀다. 장기 보존을 필요로 하는 어플리케이션에는 아직 가격이 너무 비싼데다 화재가 나는 경향이 있습니다. 이 전지의 많은 형태는 코발트나 니켈 등 점점 구하기 어려운 재료에 의존하고 있습니다. 배터리 전문가들 사이에서는 언젠가 더 좋은 일이 생길 것이라는 의견이 일치하고 있어요.리튬 이온 배터리의 직접적인 전신인  리튬금속전지 일수도 있습니다 그것은 1970년대에 M사에 의해서 개발되었다.

 

당시 엑슨의 화학자였던 스탠리 위팅엄. 금속 리튬은 전자나 정전하 리튬이온을 방출하기 쉬워 전지 재료로 매력적이다. 그러나 Whittingham의 디자인은 상품화하기에는 너무 어려운 것으로 나타났다. 리튬은 반응성이 높았고 그가 음극에 사용한 이황화티타늄은 비쌌다. 위팅엄과 다른 연구자들은 리튬에 흑연을 첨가해 리튬의 침투와 반응성을 떨어뜨리고 값싼 재료를 음극으로 교환했다. 리튬이온전지가 탄생했습니다.

 

한편 리튬금속 양극을 갖춘 전지는 리튬이온으로 가는 길에도 흥미로운 사이드노트로 남을 운명에 있는 것으로 보인다.하지만 XNRGI는 워싱턴 주 보셀에 거점을 두고 리튬금속전지의 주류화를 목표로 하고 있다. 이 회사 연구 개발팀은 금속 리튬을 박막으로 코팅해 수백만개의 작은 세포로 식각한 실리콘 기판에 퇴적시켜 가까스로 반응성을 조정했습니다.

 

3차원 기판은 기존 리튬이온의 2차원 양극에 비해 양극 표면적을 대폭 증가시킨다. XNRGI의 CEO인 Chris D'Couto는 화합물 대신 금속 리튬을 사용하는 것을 고려할 때, XNRGI 양극은 기존의 인터카레티드 흑연 리튬 양극의 최대 10배 용량을 갖는다고 말합니다.이 회사는 전기자동차와 가전제품 고객을 위해 리튬금속전지의 저생산을 올해부터 시작한다. XNRGI는 그리드 스토리지도 대상으로 합니다.

 

지난해 이 회사는 캐나다 스타트업 Cross Border Power와 합작회사를 세워 북미 전력회사 고객에게 배터리를 판매해 팔도록 계약했다. 물론, 새로운 배터리 기술은 항상 발표되고 있어 IEEE 스펙트럼등의 기술계 뉴스는 그 장래성을 많이 어필하고 있다. 그러나 연구실에서는 유망한 전지와 혁명적인 전지가 비교적 적어 실제로 시장에 진입하고 있다.시카고 근교의 아르곤느 국립연구소의 에너지 저장 전문가, Venkat Srinivasan씨는 다음과 같이 말했습니다.새로운 전지의 상용화는 복잡한 전망입니다.

 

"그것은 당신이 얼마만큼의 기준을 충족시키려 하느냐에 달려 있습니다"라고 그는 말합니다. 전기자동차의 경우 이상적인 배터리는 수백 킬로그램의 구동범위, 분 단위에서의 충전시간, 폭넓은 동작온도, 10년간의 라이프사이클, 충돌시 안전성을 제공합니다. 물론 비용이 저렴합니다.Srinivasan 씨는 다음과 같이 말합니다.측정 기준이 많을수록 새로운 배터리 테크놀로지가 그것들을 다 충족시키기는 힘들어집니다. 그래서 타협이 필요합니다.배터리의 지속 시간은 10년이 될 수도 있지만 구동 범위는 한정돼 있어 당장은 충전이 안 됩니다.

 

어플리케이션에 따라 측정기준이 다르며 "업계에서는 적어도 이미 입수 가능한 배터리와 동등한 성능을 가진 배터리만 검토하고 싶다"고 그는 덧붙였습니다.다우트 씨는 XNRGI의 배터리를 상품화하는 것이 쉽지 않았다는 점을 인정했는데, 몇 가지 요인이 동사에 힘을 실어줬다고 말합니다. 새로운 제조 방법을 발명하는 것이 아니라, 반도체 메이커가 집적회로를 만드는데 사용하는 것과 같은 실증 끝난 기술을 빌렸다. 여기에는 20×20 마이크로미터의 공동을 실리콘에 부식하거나 박막을 도포하는 것이 포함됩니다.

 

따라서 배터리의 이름은 PowerChip입니다.이러한 현미경적인 세포는 각각 마이크로 배터리로 간주할 수 있다고 다우트 씨는 말합니다. 리튬이온배터리가 펑크났을 때 발생하는 치명적인 장애와 달리 PowerChip의 한 셀에 대한 장애는 주위 셀에 전파되지 않습니다. 이 세포는 또한 배터리가 고장나는 원인이 되는 사상돌기의 성장인 수상돌기의 형성을 방해하는 것 같습니다.리튬이온전지 중에는 에노빅스, 넥슨, 사일러나노테크놀로지, 사일론파워 등이 제조한 것도 있는데, 양극의 흑연의 일부 또는 전부를 실리콘으로 대체하여 보다 나은 성능을 실현합니다.

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