돌로 만든 배터리를 원하지 않습니까? 충전식 배터리 분야의 새로운 혁명을 맞이하고 있습니까? 오늘 이 모든 것에 대해.
전 세계적으로 소위 녹색 에너지의 최대 효율을 달성하기 위한 경쟁이 오랫동안 있어 왔습니다. 온실가스를 대기 중으로 배출하지 않는 재생에너지원은 누구도 의심하지 않는 우리 문명의 미래입니다. 이것은 더 이상 단순한 꿈이 아니라 오늘날의 필요입니다. 과학자들은 전기를 절약하고 전기 장치를 최대한 효율적으로 사용하도록 촉구하면서 점점 더 경고를 울리고 있습니다.
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리튬 이온 배터리는 더 이상 효율적이지 않습니다.
대부분의 장치는 배터리로 작동하거나 배터리, 오래된 Walkman 플레이어부터 리튬 이온 기술(Li-ion)을 기반으로 하는 최신 스마트폰 또는 전기 자동차까지. 그들은 에너지 효율적이고 내구성이 높지는 않지만 대부분의 전기 제품 및 기술 장치에서 수년 동안 사용되었습니다. 또한 시간이 지남에 따라 폐기되는 것은 우리 환경의 생태적 상황에 실질적인 문제가 됩니다.
리튬 이온 배터리는 값이 싸고 성능이 좋기 때문에 거의 모든 곳에 배치됩니다. 이러한 배터리의 가격이 지난 년 동안 크게 낮아짐에 따라 단순히 풍부하기 때문에 장기적으로 사용할 수 있는 가장 실행 가능한 대안이 되고 있습니다. 오늘날 이러한 배터리는 기술적 혁신이 아니라 제조 방법, 도구 및 효율성의 단순하고 지속적인 엔지니어링 최적화를 통해 낮은 비용과 증가된 에너지 밀도를 달성했습니다.
그러나 전기 생산의 새로운 방법과 기술의 개발로 효율적인 저장 방법에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 소규모에서는 이것에 문제가 없습니다. 해결책은 전기 자체만큼이나 명백한 현실 요소 인 다양한 유형의 배터리 및 축전지입니다.
그들은 전화, 다양한 유형의 조명에 전원을 공급하는 데 사용되며 한때는 손전등이나 음악 플레이어를 사용하는 데 필요했지만 지금은 모두 스마트폰에 있습니다. 그러나 전체 가정에 전력을 공급하는 데 필요한 에너지를 어떻게 저장합니까? 이 경우에도 배터리가 유용할 수 있습니다. 물론 우리는 상점에서 구할 수있는 인기있는 "손가락"유형의 배터리가 아니라 그 자체로 흥미로운 엔지니어링 성과 인 완전히 새로운 장치에 대해 이야기하고 있습니다.
성능, 비용 및 내구성 측면에서 리튬 이온 배터리와 경쟁할 수 있는 새로운 배터리를 개발하기 위한 연구가 오랫동안 진행되어 왔습니다.
이러한 신기술 중 많은 부분이 완전히 새로운 것은 아닙니다. 본질적으로 리튬 이온 배터리와 유사하게 작동하지만 다른 재료를 사용합니다. 다음은 곧 에너지 저장 분야를 혁신할 수 있는 기술의 가장 흥미로운 예입니다.
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고체 배터리
이 유형의 배터리는 다른 배터리와 달리 액체 또는 젤 전해질을 사용하지 않고 고체 형태를 사용합니다. 이러한 전해질은 일반적으로 세라믹, 유리, 폴리머 또는 아황산염의 형태입니다. 전고체 배터리는 리튬 이온 배터리와 동일한 크기에 대해 더 많은 에너지를 제공하기 때문에 더 효율적입니다. 그들은 특히 전기 자동차에 동력을 공급하는 분야에서 큰 잠재력을 가지고 있습니다.
고체 배터리는 오늘날의 리튬 이온 배터리에서 위에 나열된 대부분의 문제를 해결할 가능성이 있습니다. 유리 전고체 전지는 알칼리 금속(리튬, 나트륨, 칼륨) 양극을 사용하여 에너지 밀도를 배로 높일 수 있어 음극의 에너지 밀도를 높이고 수명이 길다. 고체 전해질은 불연성이거나 적어도 자체 발화에 대한 내성이 있는 것으로 간주됩니다. 전고체 배터리의 불연성 특성은 또한 과열의 위험을 줄여 셀을 더 단단히 포장할 수 있게 하여 설계 유연성과 벌크 밀도를 높입니다.
이 배터리에 대한 높은 기대는 훨씬 더 오래 지속될 수 있다는 사실과 관련이 있습니다. 그리고 이것은 오늘날 세계에서 큰 장점입니다.
그러나 전고체 전지는 현재 기술 수준이 낮고 근본적인 연구가 진행 중이어서 높은 생산 비용과 확장성에 대한 불확실성과 우려가 있습니다. 도전 과제는 최종 제품의 내구성이나 비용에 영향을 미치지 않아야 하는 최신 제조 관행과 호환되는 공정에 고체 전해질을 도입하는 것입니다. 그리고 더 높은 처리량. .
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리튬-황 배터리
리튬-황(Li-S) 배터리("리튬-황"과 혼동하지 말 것 - 이 영원한 배터리는 우크라이나 분쟁에 의해 연료가 공급됨)는 지난 세기의 60년대부터 다음을 위한 효과적인 장치로 개발 및 연구되기 시작했습니다. 가역적인 전기 화학 반응을 사용하여 에너지를 저장합니다. 리튬 이온 배터리(LIB) 기술의 급속한 개발 및 상용화에도 불구하고 향후 수십 년 동안 리튬 이온 배터리가 직면한 중요한 기술적 과제를 해결하기 위한 돌파구는 달성되지 않았습니다. 따라서 2000년대에 Li-S 배터리는 낮은 비용과 높은 이론적 비에너지라는 장점으로 인해 개발자들로부터 상당한 관심을 받았습니다. 이러한 지표는 현재 리튬 이온 배터리의 특성보다 거의 3배 더 높습니다. 낮은 비용과 높은 함량의 황(즉, 활성 양극 물질)은 리튬 이온 배터리가 음극 생산에 코발트 및 니켈과 같은 중요한 물질을 사용한다는 사실을 고려할 때 리튬 이온 배터리보다 리튬-황 배터리를 더 매력적으로 만듭니다.
그리고 리튬-황 배터리에서 배터리의 두 전극 중 하나인 음극은 황으로 만들어집니다. 이 원소는 전통적인 니켈과 코발트보다 균형이 잘 잡혀 있습니다. 이러한 배터리는 리튬 이온 배터리보다 효율적입니다. 이것은 분명히 그들이 사용될 자동차의 더 긴 범위로 이어질 수 있습니다. 이 배터리의 가장 큰 장점은 유황이 저렴하고 널리 퍼진 원료라고 말할 수 있습니다. 동시에 이러한 배터리의 생산 공정은 리튬 이온 배터리 생산에 사용되는 것과 매우 유사하므로 동일한 장치와 생산 능력을 생산에 사용할 수 있습니다.
이러한 유형의 배터리의 또 다른 장점은 제조에 필요한 에너지 양이 거의 25% 적다는 것입니다. 이러한 모든 기능은 리튬-황 배터리 생산을 매우 수익성 있게 만들 수 있습니다.
개발은 이미 본격화되고 있습니다. Lyten 회사는 이 분야에서 특히 큰 성공을 거두었습니다. 이미 전체 LytCell EV 배터리 플랫폼을 보유하고 있습니다. 이 회사는 자사의 배터리가 오늘날의 리튬 이온 배터리보다 저렴하고 안전하며 년 중반까지 미국에서 생산되는 대량 생산 전기 자동차에 사용될 수 있다고 말합니다.
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공기 철 배터리
이러한 유형의 배터리는 공기를 사용하여 철을 산화시키는 과정을 기반으로 작동합니다. 재충전 과정에서 산화된 물질은 역산화로 알려진 과정에서 다시 철로 변환됩니다. 철-공기 배터리는 리튬 이온 배터리보다 거의 25배 더 오래 에너지를 저장할 수 있기 때문에 가까운 장래에 널리 보급될 것으로 예상됩니다.
철과 공기가 매우 많이 매장되어 있기 때문에 그러한 배터리는 확실히 비용이 훨씬 적게 듭니다. 추정에 따르면 가격은 기존 배터리보다 약 10 배 낮출 수 있습니다! 불행히도 이러한 배터리에는 한 가지 중요한 단점이 있습니다. 철 산화 속도가 느리기 때문에 충전하는 데 시간이 오래 걸릴 수 있습니다.
유명한 MIT(Massachusetts Institute of Technology)를 기반으로 등장한 스타트업 Form Energy가 철-공기 배터리 개발에 성공했습니다. 개발자들에 따르면 Form Energy 배터리는 리튬보다 배 저렴하고 세계에 풍부한 철을 사용합니다. 동시에 철-공기 배터리는 리튬 배터리보다 오래 지속될 수 있으며 불에 타지 않기 때문에 더 안전합니다.
현재 볼 수 있는 유일한 단점은 이러한 배터리가 충전 속도가 느리기 때문에 예를 들어 랩톱이나 스마트폰의 경우 리튬 배터리보다 실행 가능성이 낮다는 것입니다. 반면 최대 100시간 지속되는 리튬 배터리보다 훨씬 긴 시간의 에너지 저장을 제공할 수 있어 국가 전력망 수준의 에너지 저장을 위한 탁월한 솔루션입니다. 이러한 방식으로 대규모 태양열 공원과 풍력 발전소의 통합을 촉진할 수 있습니다.
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쇄석이 있는 배터리
새로운 유형의 배터리에 대한 또 다른 흥미로운 예는 전기 대신 열을 저장하는 배터리입니다. 예를 들어, 이스라엘 회사인 Brenmiller Energy는 암석과 같은 대체 물질을 사용하여 열 에너지를 저장하는 방법을 연구하고 있습니다. 2012년부터 Brenmiller Energy는 처음에는 발전용으로 쇄석을 사용한 다음 열 에너지 저장용으로 사용해 왔습니다. 이러한 기술은 예를 들어 산업과 같은 다양한 목적으로 사용될 수 있습니다.
흥미롭게도 에너지 저장을 위해 쇄석을 사용하는 아이디어는 완전히 새로운 것이 아닙니다. 많은 신기술을 보유한 NASA는 지난 세기의 35년대부터 열 에너지 저장 기술을 테스트해 왔습니다. 기존 배터리와 달리 이스라엘 회사에서 생산하는 배터리는 에너지를 사용하여 증기, 온수 또는 뜨거운 공기를 생성합니다. Brenmiller Energy는 Tempo라고 불리는 자사 공장이 최대 14MWh의 에너지를 저장할 수 있고 시간당 최대 톤의 증기를 생산할 수 있을 것이라고 말했습니다.
이는 모든 에너지 관련 배출량의 최대 45%가 산업용 난방 부문에서 발생하는 이스라엘 경제에 매우 중요합니다. 이 프로젝트는 전통적인 화석 연료로 작동하는 증기 보일러를 교체하는 것입니다.
새로운 현실에는 새로운 솔루션이 필요합니다. 새로운 유형의 배터리의 등장은 에너지 절약 분야의 기술 발전에 기여할 것입니다. 아마도 몇 년 안에 노트북이나 스마트폰은 더 이상 매일 충전할 필요가 없을 것입니다. 한 번의 충전으로 한 달 또는 심지어 년 동안 작동할 것이기 때문입니다. 동시에 새로운 유형의 배터리는 에너지를 절약할 뿐만 아니라 환경 보존에도 기여합니다.
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