- 위 이미지는 예상을 바탕으로 만든 이미지로, 실제와 차이가 있을 수 있습니다.
500마일 이상 주행 가능한 '무양극 고체 배터리' 개발
프린스턴 대학의 안들링거 에너지 환경 연구소가 전기차의 주행 가능 거리를 500마일 이상으로 확장할 수 있는 무양극 고체 배터리(Solid-State Battery, SSB) 개발에 나섰다. 이 기술은 소비 전자기기와 전기 자동차뿐 아니라 다양한 분야의 성능 개선에도 기여할 전망이다.
리튬이온 배터리의 한계와 대안
리튬이온 배터리는 현재 전기차와 전자기기의 배터리로 널리 활용되고 있다. 그러나 아래와 같은 문제점들이 한계를 드러내고 있다:
- 공급 문제: 증가하는 전력 수요로 인해 리튬 자원이 부족할 가능성이 있다.
- 안전 우려: 화재 및 열 폭주 사고의 위험성이 높다.
이에 따라 연구진은 고체 전해질을 사용하는 SSB를 대안으로 주목하고 있다. 고체 전해질은 다음과 같은 이점을 제공한다:
- 화재 위험이 낮아 더 안전하다.
- 넓은 작동 온도 범위를 제공한다.
- 더 높은 에너지 밀도를 구현할 가능성이 있다.
무양극 기술로 제조 비용과 크기 감소
프린스턴 연구팀은 미국 에너지부(MUSIC 프로젝트)와 협력하여 무양극 고체 배터리를 개발 중이다. 양극을 제거함으로써 제조 단가를 낮추고 배터리 크기를 줄이며 생산 공정을 간소화할 수 있다.
무양극 배터리를 구현하는 데 있어 중요한 과제는 전류 집전체와 고체 전해질 간의 효과적인 접촉을 확보하는 것이다. 연구에 따르면:
- 저압 사용: 이온 도금이 고르지 못하고 집중된 고온점이 발생할 수 있다.
- 고압 사용: 전해질에 균열이 생길 가능성이 있다.
- 코팅 도입: 전류 집전체와 전해질 사이에 이너 레이어를 추가하면 이온 도금 성능이 크게 개선된다. 그중에서도 탄소와 은 나노입자 기반 이너 레이어가 최적의 성과를 보였다.
작은 은 나노입자가 안정성과 성능 강화
특히 나노입자의 크기가 중요한 영향을 미치는 것으로 나타났다. 50nm 크기의 작은 은 나노입자는 배터리의 구조적 안정성을 높이고 전력 출력을 강화하며 수명을 연장시키는 데 도움을 준다.
미래의 상용화 과제
연구진은 이러한 실험실 성과를 향후 몇 년 안에 대규모 제조 공정으로 전환하는 것을 목표로 도전하고 있다. 이번 연구는 소비 전자기기부터 전기 항공기까지 다양한 분야에서 안전하고 효율적인 배터리 개발을 크게 앞당길 중요한 성과로 평가받고 있다.
출처 : 원문 보러가기
