콘텐츠

• 공간 절약
• 더 긴 수명
• 고체 전해질의 종류
• 박막 배터리
• 더 크고 더 큰 배터리
• 높은 전도성
• 마무리

몇 주 전에 Kris는 솔리드 스테이트 배터리에 대한 주제와 스마트 폰 배터리 기술의 다음 주요 발전 방법에 대해 소개했습니다. 요컨대, 고체 배터리는 더 안전하고 더 많은 주스를 넣을 수 있으며 더 얇은 장치에도 사용할 수 있습니다. 불행히도, 지금은 중형 스마트 폰 셀에 넣기에는 엄청나게 비싸지 만, 앞으로 몇 년 안에 바뀔 수 있습니다.

따라서 고체 배터리가 정확히 무엇인지, 그리고 오늘날의 리튬 이온 전지와 어떻게 다른지 궁금하다면 계속 읽어보십시오.

일반적으로 사용되는 리튬 이온 배터리와 고체 배터리의 주요 차이점은 전자가 액체 전해질 용액을 사용하여 전류 흐름을 조절하는 반면 고체 배터리는 고체 전해질을 선택한다는 것입니다. 배터리의 전해질은 양극과 음극 사이에 전류 흐름을 허용하는 전도성 화학 혼합물입니다.

솔리드 스테이트 배터리는 여전히 기존 배터리와 동일한 방식으로 작동하지만 재료의 변화로 인해 최대 저장 용량, 충전 시간, 크기 및 안전성을 포함한 일부 배터리 속성이 변경됩니다.

배터리 내부의 전류는 전도성 전해질을 통해 양극과 음극 사이를 통과하는 반면 단락 기는 단락을 방지하기 위해 사용됩니다.

공간 절약

액체에서 고체 전해질로 전환하면 즉각적인 이점은 배터리의 에너지 밀도가 증가 할 수 있다는 것입니다. 이는 고체 상태 배터리는 액체 셀 사이에 큰 분리막을 필요로하지 않고 단락을 방지하기 위해 매우 얇은 장벽 만 필요하기 때문입니다.

고체 배터리는 리튬 이온보다 두 배나 많은 에너지로 포장 가능

기존의 액체에 담긴 배터리 분리막은 두께가 20-30 미크론입니다. 솔리드 스테이트 기술은 세퍼레이터를 각각 3 ~ 4 미크론까지 줄일 수 있으며, 재료를 전환하는 것만으로도 대략 7 배의 공간 절약 효과가 있습니다.

그러나 이러한 분리막은 배터리 내부의 유일한 구성 요소가 아니며 다른 비트는 크게 줄어들 수 없기 때문에 고체 배터리의 공간 절약 가능성이 제한됩니다.

그럼에도 불구하고, 솔리드 스테이트 배터리는 양극을 더 작은 대안으로 교체 할 때 Li- 이온보다 최대 두 배의 에너지로 포장 할 수 있습니다.

더 긴 수명

고체 전해질은 일반적으로 오늘날의 액체 또는 젤보다 반응성이 떨어 지므로 훨씬 오래 지속될 것으로 예상되며 2 년 또는 3 년 후에 교체 할 필요가 없습니다. 이는 또한이 배터리가 손상되거나 제조 결함으로 인해 폭발하거나 화재를 당하지 않음을 의미하며 이는 소비자에게 더 안전한 제품을 의미합니다.

솔리드 스테이트 배터리는 손상되거나 제조 결함으로 인해 폭발하거나 화재를 일으키지 않습니다.

현재의 스마트 폰에서, 교체 용 배터리는 고장난 후에 교체가 가능하기 때문에 수년 동안 같은 전화를 사용하고자하는 사람들을 위해 종종 필요합니다.

스마트 폰 배터리는 1 년 정도 지나도 충전 상태가 유지되지 않으며 하드웨어를 불안정하게하거나 재설정하거나 몇 년 사용한 후에도 작동을 멈출 수 있습니다. 솔리드 스테이트 배터리를 사용하면 스마트 폰 및 기타 가젯이 교체 셀 없이도 더 오래 지속될 수 있습니다.

배터리뿐만 아니라 배터리에 사용될 수있는 고체 화합물이 많이 있습니다.

액체 대 고체 배터리에 대한 이야기는 하나의 배터리가 아니라 배터리에 사용될 수있는 고체 화합물이 많기 때문에 대상을 지나치게 단순화 한 것입니다.

고체 전해질의 종류

고체 배터리에는 8 가지 주요 범주가 있으며, 각각 전해질에 다른 재료를 사용합니다. Li-Halide, Perovskite, Li-Hydride, NASICON 계열, Garnet, Argyrodite, LiPON 및 LISICON 계열입니다.

우리가 여전히 새로운 기술을 다루면서 연구원들은 여전히 ​​다양한 제품 범주에 사용할 수있는 최고의 유형의 고체 전해질을 다루고 있습니다. 아직 명확한 리더로 나오지는 않았지만 황화물, LiPON 및 Garnet 셀은 현재 가장 유망한 것으로 여겨집니다.

이러한 유형의 많은 부분은 여전히 ​​리튬 전극을 사용하고 있기 때문에 일부 측면에서 여전히 리튬 (Li) 기반이라는 것을 알 것입니다. 그러나 많은 사람들이 성능을 향상시키기 위해 새로운 양극 및 음극 전극 재료를 선택하고 있습니다.

박막 배터리

솔리드 스테이트 배터리 유형에서도 박막과 벌크의 두 가지 명확한 절단 하위 유형이 있습니다. 이미 시장에 나와있는 가장 성공적인 박막 유형 중 하나는 LiPON이며 대부분의 제조업체는 리튬 양극으로 생산합니다.

LiPON 전해질은 탁월한 무게, 두께 및 유연성 특성을 제공하므로 소형 셀이 필요한 웨어러블 전자 제품 및 기기에 유망한 셀 유형이됩니다. 더 오래 지속되는 셀의 주제로 돌아가서 LiPON은 40,000 회 충전 사이클 후 5 % 용량 감소로 탁월한 안정성을 보여주었습니다.

LiPON 배터리는 교체가 필요하기 전에 Li-ion 배터리보다 40 ~ 130 배 더 오래 지속될 수 있습니다.

비교를 위해, 리튬-이온 배터리는 용량이 비슷하거나 더 크게 떨어지기 전에 300에서 1000 사이클 사이를 제공합니다. 즉, LiPON 배터리는 교체가 필요하기 전에 Li-ion 배터리보다 40 ~ 130 배 더 오래 지속될 수 있습니다.

LiPON의 단점은 전체 에너지 저장 용량과 전도성이 비교에 비해 다소 열악하다는 것입니다. 그러나 대체 솔리드 스테이트 배터리 기술이 스마트 워치에 더 긴 배터리 수명을 가져 오는 열쇠가 될 수 있으며, 이로 인해 현재 많은 고객이 웨어러블 기기를 수령하지 못하고 있습니다.

더 크고 더 큰 배터리

지금까지 솔리드 스테이트 배터리는 랩톱이나 전기 자동차는 물론 스마트 폰과 태블릿에서 발견되는 더 큰 셀에는 적합하지 않습니다. 더 큰 용량을 가진 더 큰 벌크 고체 배터리의 경우, 액체 전해질에 가까워 지거나 액체 전해질과 일치하는 우수한 전도성이 필요하며, 이는 LiPON과 같은 유망한 기술을 배제합니다. 이온 전도는 이온이 물질을 통과하는 능력을 측정하며, 양호한 전도는 요구되는 전류를 보장하기 위해 더 큰 셀의 요구 사항입니다.

LISICON과 LiPS는 솔리드 스테이트 분야의 이전 리더 인 LiPO, LiS 및 SiS 배터리에 대한 연구를 수행했습니다. 그러나, 이들 유형은 여전히 ​​실온에서 유기 및 액체 전해질보다 전도성이 낮기 때문에 상용 제품에는 실용적이지 못하다.

높은 전도성

가온-산화물 (LLZO) 전해질에 대한 연구는 실온에서 높은 이온 전도성을 자랑하기 때문에 여기에 있습니다.

이 물질은 액체 리튬 이온 전지가 제공 한 결과보다 약간 뒤쳐지는 전도를 달성하며 LGPS에 대한 새로운 연구는이 물질이 그 물질과도 일치 할 수 있음을 시사합니다.

이는 오늘날의 리튬 이온 셀과 거의 동일한 전력 및 용량의 고체 배터리를 의미하는 동시에 크기 감소 및 수명 연장과 같은 이점이 현실화되는 것을 의미합니다.

가넷은 공기와 물에서도 안정적이므로 Li-Air 배터리에도 적합합니다. 불행히도 고가의 소결 공정을 사용하여 제조해야합니다.

이것은 현재 저렴한 리튬 이온 셀과 비교할 때 소비자 배터리에 사용하기에 매력적인 제안입니다. 앞으로 제조 기술이 개선됨에 따라 비용이 하락할 가능성이 있지만 상업적으로 사용할 수있는 솔리드 스테이트 배터리와는 거리가 멀다.

마무리

분명히 고체 배터리 기술에 대한 많은 연구가 진행되고 있습니다. 가장 이른 예측에 따르면 성숙한 세포가 스마트 폰과 같은 소비자 제품에 4 년 또는 5 년 동안 들어가는 것을 보지 않을 것입니다. 드론과 같은 다른 장치의 고체 배터리는 내년에 곧 나타날 수 있습니다.

그럼에도 불구하고 최신 연구는 최종적으로 속성면에서 기존 리튬 이온 배터리와 경쟁 할 수있는 결과를 생산하는 동시에 고체 전해질의 이점을 제공합니다. 우리가 필요로하는 것은 제조 공정이 성숙하기위한 것이며,이를 실현할 수있는 자원을 보유한 다수의 크고 다가오는 배터리 제조업체가 있습니다.

요약하면, 소비자 관점에서 이러한 모든 화학적 차이의 주요 이점은 최대 6 배 빠른 충전, 최대 2 배의 에너지 밀도, 2에 비해 최대 10 년의 더 긴 사이클 수명 및 가연성 구성 요소가 없다는 것입니다. 그것은 확실히 스마트 폰과 다른 휴대용 기기에 도움이 될 것입니다.