리튬 이온 배터리 대 솔리드 스테이트 배터리

리튬 이온 배터리 대 솔리드 스테이트 배터리

리튬 이온 배터리와 고체 배터리는 휴대용 전자 장치에 전원을 공급하는 두 가지 주요 옵션입니다. 이 두 가지 유형의 배터리에는 뚜렷한 장점과 단점이 있습니다. 다음은 각각에 대한 개요입니다. 어떤 유형이 더 나은지 확실하지 않은 경우 계속 읽으십시오.

전고체 배터리

리튬 이온 배터리가 새로운 것은 아니지만 기술은 아직 초기 단계에 있습니다. 예를 들어, Toyota는 현재 EV 시장에서 경쟁력을 유지하기 위한 방법으로 이 분야에서 실험적 연구를 수행하고 있습니다. 폭스바겐은 또한 자동차 애플리케이션용 전고체 배터리를 개발하기 위해 소규모 기술 회사와 파트너십을 맺기 시작했습니다.

전고체 배터리는 배터리의 내부 구조와 포장을 단순화할 수 있는 잠재력이 있습니다. 이것은 제조 비용을 낮출 수 있습니다. 연구원들은 고체 배터리를 모델링하기 위해 미분 방정식을 사용하여 이러한 잠재적인 사용을 조사할 것입니다. 시작하기 위해 연구원들은 배터리 모델에 대한 출판된 문헌을 조사할 것입니다. 결과 모델을 통해 솔리드 스테이트 배터리의 성능 특성을 결정할 수 있습니다.

리튬 이온 배터리는 액체와 고체를 분리하는 하나 이상의 고체 전해질이 있는 이중상 디자인입니다. 이 디자인에는 몇 가지 장점이 있습니다. 하이브리드 전해질을 사용하면 장기간에 걸쳐 안정성이 향상되는 등 추가적인 이점이 있습니다. 고체 고분자 전해질은 또한 순수한 액체 전해질보다 장점이 있습니다.

고체 리튬 이온 배터리는 많은 양의 에너지를 저장할 수 있어 미래 에너지 저장 장치의 좋은 후보가 됩니다. 이 배터리는 더 높은 에너지 밀도와 우수한 안전 성능을 제공합니다. 그들의 가장 큰 도전은 고체 전해질과 전극 사이의 계면에 있습니다. 인터페이스 층이 어떻게 형성되고 이 문제를 해결하는 방법을 이해하는 것이 중요합니다.

리튬 이온 배터리

솔리드 스테이트 배터리와 비교할 때 리튬 이온 배터리는 가볍고 내구성이 뛰어나며 쌓을 수 있는 팩에서 더 나은 성능을 발휘할 수 있습니다. 그러나 불안정할 수 있으며 고온에 노출되면 폭발하거나 화재를 일으킬 수 있습니다. 즉, 리튬 이온 배터리는 e-모빌리티를 위한 가장 안전하고 신뢰할 수 있는 옵션입니다.

전기차가 대중화되면서 업계는 배터리 성능 향상에 집중하고 있다. 리튬 이온 배터리가 오랫동안 지배적인 옵션이었지만 곧 새로운 솔리드 스테이트 배터리가 EV 기술에서 선두를 차지할 수 있습니다. 솔리드 스테이트 배터리는 에너지 밀도가 더 높으며 차량 범위를 XNUMX~XNUMX%까지 늘릴 수 있습니다.

리튬 이온 배터리는 액체 전해질을 포함하고 고체 배터리는 고체 물질로 구성됩니다. 두 유형의 주요 차이점은 전해질이 저장되는 방식에 있습니다. 고체 배터리는 리튬 이온 배터리보다 더 안정적이며 액체 배터리보다 최대 2.5배 더 강력할 수 있습니다.

솔리드 스테이트 배터리는 리튬 이온 배터리보다 비쌀 수 있습니다. 그들은 또한 단락으로 고통받는 것으로 알려져 있습니다. 이는 리튬 금속 입자가 배터리의 한쪽 면에 축적될 수 있기 때문입니다. 이 덴드라이트는 분리기에 구멍을 내서 단락을 일으킵니다.

리튬 이온 배터리에는 휘발성 및 인화성 액체 전해질이 포함되어 있습니다. 전고체 배터리는 액체 성분을 포함하지 않으므로 리튬 이온 배터리보다 화재 위험이 적습니다. 또한 리튬 이온 배터리보다 안전 시스템이 덜 필요합니다. 솔리드 스테이트 배터리는 또한 더 높은 에너지 밀도를 제공합니다.

액체 이온 배터리

액체 이온 배터리는 보관 및 방전이 쉽기 때문에 전기 자동차에 탁월한 선택입니다. 그러나 몇 가지 단점이 있습니다. 리튬 이온 배터리는 배터리의 단일 셀이 가열되기 시작하고 팩의 다른 셀이 따라가는 열 폭주라는 상태를 유발할 수 있습니다. 결국 배터리 팩 내부에 화재가 발생하여 소화가 어려울 수 있습니다. 리튬 이온 배터리는 또한 매우 가연성인 전해질이 누출되는 경향이 있습니다. 따라서 이러한 배터리는 사용하기 전에 충전해야 합니다.

솔리드 스테이트 배터리에도 단점이 있습니다. 리튬 이온 배터리보다 훨씬 가볍고 컴팩트하지만 기존 배터리만큼 내구성이 없습니다. 또한 극한 온도에서는 효율성이 떨어지므로 차량에 덜 유용합니다. 또한 불안정할 수 있으며 화재 및 폭발을 일으킬 수 있습니다.

솔리드 스테이트 배터리는 에너지 밀도가 더 높다는 장점도 있습니다. 리튬 이온 배터리보다 에너지 밀도가 XNUMX~XNUMX배 높습니다. 이것은 그들이 더 작고 가벼워 소비자에게 유익할 수 있다는 것을 의미합니다. 또한 EV에 더 긴 범위를 제공할 수 있습니다. 이것은 환경에 큰 도움이 될 수 있습니다.

솔리드 스테이트 배터리는 또한 더 큰 용량을 제공합니다. 아직 실험 단계에 있지만 액체 이온보다 더 많은 에너지를 저장할 수 있습니다. 도요타, 폭스바겐 등 일부 완성차 업체들은 차량용 전고체 배터리 개발에 막대한 자금을 투자하고 있다. 이들 회사 중 일부는 현재 이 기술을 2024년 말까지 대중 시장에 출시할 계획입니다.

리튬 이온 배터리의 전해질

과학자들은 여전히 ​​완벽한 리튬 이온 배터리를 찾고 있습니다. 그들은 에너지 밀도가 높고 사용하기에 안전하기를 원합니다. 현재 사용 중인 많은 배터리에는 가연성 액체 전해질이 포함되어 있습니다. 솔리드 스테이트 리튬 이온 배터리는 완전히 고체 구성 요소로 만들어지며 더 안전하게 사용할 수 있습니다. 새로운 연구는 새로운 고체 전해질의 개발로 이어졌습니다.

전고체 배터리의 한 가지 장점은 저온 성능입니다. 액체 전해질은 고온을 견딜 수 없지만 고체 전해질은 견딜 수 있습니다. 또한 고체 전해질은 성능 저하 없이 급속 충전 작업을 지원합니다. 또한 만드는 데 더 적은 재료와 에너지가 필요합니다. 전고체 배터리는 대량 생산이 가능한 경우에만 입증될 수 있습니다.

고체 리튬 배터리는 리튬 이온 배터리와 유사한 추출 메커니즘을 가지고 있습니다. 전극은 금속으로 만들어지며 전해질은 액체 또는 고체 물질입니다. 리튬 이온은 전해질을 통해 이동하여 전기 흐름을 생성합니다.

고체 전해질은 분리기가 필요하지 않습니다.

솔리드 스테이트 배터리의 또 다른 단점은 높은 비용입니다. 액체 배터리보다 저렴하지만 아직 양산되지는 않았습니다. 고체 전해질은 화학적으로 불활성이어야 하며 두 전극 사이의 우수한 이온 전도체여야 합니다. 고체 배터리의 또 다른 단점은 액체 상태 배터리보다 수명 주기가 짧다는 것입니다.

리튬 이온 배터리의 양극

고체 리튬 배터리는 화재 위험이 낮고 안전 장비가 덜 필요하다고 믿어집니다. 또한 높은 에너지 밀도를 위해 리튬 금속 양극을 사용할 수 있다는 장점이 있습니다. 현재 XNUMX개 이상의 회사가 전고체 배터리를 연구 개발하고 있습니다. 일부는 독점 고체 전해질 기술을 개발 중이라고 표시했습니다. 자동차 제조업체와 대형 배터리 제조업체도 이 신기술에 투자했습니다.

전고체 전지의 주요 단점은 전극과 전해질의 계면 불안정성이다. 이것은 부동태화되고 전극-SSE 인터페이스를 가로질러 Li+의 확산을 방해하는 인터페이스 층으로 이어집니다. 또한 고전압 사이클링은 SSE를 저하시켜 SSE를 산화시킬 수 있습니다.

흑연은 역사적으로 리튬 이온 배터리의 양극으로 사용되어 왔지만 이제 신생 기업은 더 나은 성능을 제공하는 대안을 개발하고 있습니다. 리튬 이온 배터리에 사용되는 일반적인 기본 재료인 실리콘은 흑연보다 부피당 에너지 밀도가 훨씬 높습니다.

리튬 금속 양극은 고체 리튬 배터리에도 사용할 수 있게 되었습니다. 리튬 금속 양극은 높은 에너지 밀도와 증가된 용량으로 제조할 수 있습니다.