리튬 시트와 젤 폴리머 전해질을 사용하는 강력한 배터리 기술은 표준 리튬 이온 배터리에 비해 에너지 밀도를 높이는 것으로 알려져 있다.
EU 주도 이니셔티브는 단위 중량 및 부피당 더 많은 에너지를 저장할 수 있는 배터리의 개발로 이어질 수 있다. 이는 배터리 양극에 순수한 리튬 금속을 사용하려는 장기간의 탐구를 기반으로 한다. 이 설계는 안전한 고체 배터리를 개발하기 위한 미래 지향적인 콘셉트의 일부로 배터리의 두 전극 사이에 액체 전해질이 필요하지 않다.
리튬 이온 배터리의 대안이 중요한 이유
리튬 이온 배터리는 휴대용 전자 제품의 출시를 이끌었으며, 실용적인 적용에 있어서는 스마트폰이나 태블릿에서 응용 프로그램을 실행하는 것 이상으로 확장된다. 전기 자동차, 그리드 에너지 저장 장치, 전력 백업 시스템은 이 배터리 기술로 구동되는 몇 가지 예에 불과하다.
리튬 이온 배터리에 대한 이러한 수요 증가로 인해 전 세계적으로 경쟁이 치열해졌다. 그러나 유럽은 이 경쟁에서 어떤가?
"유럽은 기존의 리튬 이온 전지를 제조하는 전쟁에서 아시아의 거대 기업에게 패한 것 같다." AVL List GmbH의 프로젝트 책임자이자 개발 엔지니어인 Kohs Wolfram은 유럽 배터리 산업이 경쟁에서 한 발 앞서 나갈 수 있도록 현장의 기술 노하우를 되찾고 확장하기 위해 EU가 자금을 지원하는 IMAGE 연구프로젝트를 기획했다.
IMAGE는 산업 및 학계 파트너와 함께 비용 효율적이고 경쟁력 있는 배터리 셀을 제조하기 위해서 체계적으로 정리된 로드맵을 수립하기 위해 노력했다. 연구는 반드시 리튬 이온 배터리에 국한되지 않고 더 발전된 리튬 대체 배터리도 포함한다.
리튬 이온 대 리튬 금속
Wolfram은 "리튬 금속 배터리는 큰 용량와 적은 중량 및 부피가 큰 관심사인 전기 자동차의 유망한 대안"이라고 말한다.
리튬 금속 배터리는 기존 리튬 이온 기술을 능가하여 킬로그램당 약 두 배의 전기를 저장할 수 있다. 이것은 양극 물질(일반적으로 흑연)을 더 가벼운 얇은 리튬 시트로 교체함으로써 이루어진다. 더 적은 무게에 훨씬 더 많은 에너지를 저장하면 전기 자동차의 주행 거리가 늘어난다.
개선된 전해질 및 양극 재료
우수한 배터리 성능을 발휘하는 데 도움이 될 수 있는 또 다른 요소는 여러 루프에서 집중적으로 테스트되고 개선된 새로운 젤 폴리머 전해질의 사용이다. 전해질을 사용하면 배터리 충전 및 방전 주기 동안 리튬 이온이 앞뒤로 이동할 수 있으며 젤 폴리머 버전은 기존 액체 전해질보다 더 나은 것으로 입증될 수 있다.
프로젝트 멤버들은 또한 음극에 니켈, 코발트, 망간을 혼합하여 사용했는데, 이는 유기물 대신 수성 바인더와 함께 사용할 수 있도록 최적화되었다.
첨단 리튬전지 기술 기반 마련
과거에 AVL List는 강력하고 경쟁력 있는 유럽 배터리 산업을 공고히 하기 위한 노력의 일환으로 양극, 음극 및 전해질의 다양한 재료 조합을 테스트하는 또 다른 연구프로젝트에 참여했다.
“IMAGE의 프레임워크에서 우리는 새로운 배터리 재료를 실험하고 새로운 셀 유형을 구축했다. 사용된 재료는 더 저렴하고 생산 과정에서 에너지가 덜 소모되는 프로세스가 사용되었다. 중요한 것은 유기 용매의 필요성을 없애고 배터리 안전성을 높일 수 있는 길을 열었다는 것”이라고 Wolfram은 말한다.
젤 폴리머 전해질을 합성하는 과정은 안정적이고 전도성이 있는 전해질 인터페이스를 설계하는데 유망하다. 또한 전지의 기계적 통합 및 온도 제어와 관련된 까다로운 설계 문제를 해결하여 후속 프로젝트를 위한 견고한 기반을 마련했다.
"얇은 전극 시트와 젤 폴리머 전해질을 결합하면 리튬 이온 배터리에 대한 저렴하고 확장 가능한 대안을 제공하여 고체 배터리는 한 걸음 진보했다. 이러한 유형의 배터리에 대한 우리의 노하우와 생산 능력을 확장하면 유럽이 거대한 아시아 국가와 경쟁하는 데 도움이 될 수 있다”고 Wolfram은 결론지었다.
- 기간 : 2017.11.01.~2021.10.31. (Horizon 2020)
- 예산 : 약 500만 유로 (EU 지원 100%)
- 조정 : AVL LIST GMBH (Austria)
