ALL SOLID STATE BATTERY (전고체 배터리)

개요

전고체전지는 이름 그대로 전지를 구성하는 모든 구성 요소가 고체인 전지를 통칭하는 말입니다. 리튬이온전지와 같은 이차전지(재충전과 반복 사용이 가능한 전지)는 기본적으로 금속으로 만들어진 두 개의 전극(양극과 음극)과 그 사이의 공간을 채우는 전해질로 구성되어 있는데 기존의 이차전지는 전해질로 액체를 사용하지만, 전고체배터리는 전해질로 고체를 사용합니다.

고체 전해질은 리튬 이온 배터리보다 대용량, 고출력 배터리를 가능하게 할 것으로 예상되며 전해질을 고체로 만드는 것은 리튬 이온 배터리보다 안전성 측면에서 이점이 있습니다. 따라서 전기 자동차 및 기타 제품에 설치하기 위해 주목받고 있습니다.

이처럼 전고체전지를 실용화할 수 있다면 여러 가지 장점이 있을 것으로 보고 현재 대량 공급을 위한 제품 개발과 대량 생산 실현 등에서 서로 다른 기업들이 경쟁하고 있습니다.

작동 원리, 메카니즘

전고체 배터리는 전지에서 전기를 추출하는 리튬이온 전지와 거의 같은 메커니즘을 가지고 있습니다. 양극과 음극 사이에서 전해질을 통해 이동하는 이온에 의해 전기 흐름이 발생합니다.
큰 차이점은 전해질이 고체라는 것입니다. 전고체 배터리 연구의 핵심은 전고체 물질의 개발입니다.

전고체 배터리 구성요소

전고체 배터리의 구성요소는 양극에 금속 리튬을, 양극에 산화물이나 황화물을 사용할 수 있으며, 고체 전해질은 리튬 이온만 통과시키는 이상적인 분리막 역할을 합니다. 이러한 이유로, 전고체 전지는 가연성, 제한된 전압, 불안정한 고체-전해질 계면 형성, 불량한 사이클링 성능 및 강도와 같은 현재 사용되는 액체 전해질 Li-이온 전지의 많은 문제를 잠재적으로 해결할 수 있습니다.

전고체 배터리 특징

대부분의 액체 전해질은 가연성이고 고체 전해질은 불연성이기 때문에 전고체 배터리는 불이 붙을 위험이 낮은 것으로 여겨집니다. 더 적은 안전 시스템이 필요하여 모듈 또는 셀 팩 수준에서 에너지 밀도가 더욱 증가합니다. 고체구조로 향상된 안정성을 보이며, 전해질이 손상되어도 형태를 유지하기 때문에 안정성이 향상되었습니다.

액체 전해질을 사용하는 기존 배터리의 ~20-30%에 불과합니다. 다른 배터리와 비교하여 박막 배터리는 높은 중량 에너지 밀도와 부피 에너지 밀도를 모두 가지고 있습니다. 저장된 에너지의 배터리 성능을 측정하는 중요한 지표입니다. 전고체배터리는 에너지 밀도 외에도 박막 고체 전지는 긴 수명, 뛰어난 유연성 및 낮은 무게를 가지고 있습니다. 이러한 특성으로 인해 전기 자동차, 군사 시설 및 의료 기기 등 다양한 분야에서 사용하기에 적합한 박막 전고체 배터리입니다.

전고체 배터리 활용분야

전기자동차

저점도부터 고점도까지의 교반-혼합-분산이 가능하며, 적용점도 10,000 ~ 1,000,000cp 탱크에 자켓을 설치하여 가열 및 냉각이 가능하여 효과적입니다.

웨어러블

에너지 밀도가 높고 가혹한 환경에서도 고성능을 유지하는 특성은 그 어느 때보다 작고 신뢰할 수 있는 새로운 웨어러블 기기의 실현에 기대를 모으고 있습니다.

우주장비

2021년 3월, 산업 제조업체인 히타치 조센 코퍼레이션은 업계 최고 용량 중 하나이며 작동 온도 범위가 넓어져 우주와 같은 가혹한 환경에 잠재적으로 적합하다고 주장하는 솔리드 스테이트 배터리를 발표했습니다. 2022년 2월에 시험 임무가 시작되었고, 8월에 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)는 고체 배터리가 우주에서 적절하게 작동하여 국제 우주 정거장(ISS)의 일본 실험 모듈 키보(Kibo)의 카메라 장비에 전원을 공급했다고 발표했습니다.

산업기계

전고체 배터리는 수명이 길고 내열성이 우수합니다. 따라서 가혹한 환경에서 사용될 것으로 예상됩니다.