전화기, 전기 자동차, 우주 정거장 - 이러한 모든 장치를 작동하려면 고품질, 강력하고 뛰어난 성능이 필요합니다.
미래의 배터리는 어떻게 작동할까요?
가 이끄는 국제 과학자 팀대런 칸(Darren Khan)과 LG 엔지니어들이 참여해 순수 실리콘으로 만든 양극을 사용한 고성능 전고체 배터리를 개발했습니다. 그 특성이 모든 아날로그를 능가하기 때문에 미래의 배터리라고 불렸습니다.
이러한 배터리를 만들기 위해 저자는전기 자동차용 배터리 생산에 대한 두 가지 접근 방식을 결합하여 배터리에는 고체 전해질과 실리콘 양극이 있습니다. 결과 배터리는 국제 팀의 테스트를 거쳐 안전한 것으로 확인되었습니다.
전기 자동차뿐만 아니라 전기 네트워크에서도 사용할 수 있습니다.
과학자들이 끊임없이 새로운 유형의 배터리를 개발하는 이유는 무엇입니까? 오늘날 우리가 사용하는 것들에 어떤 문제가 있습니까?
우리가 흔히 사용하는 리튬이온 배터리는휴대폰, 노트북, 카메라 등 어디에서나 찾을 수 있습니다. 이러한 배터리는 이상적이지는 않습니다. 오랫동안 에너지를 대량으로 저장할 수 있지만 빨리 마모되고 사용 중 온도가 요구되며 규칙적이고 강력한 진동을 견딜 수 없습니다. 후자는 예를 들어 전기 자동차의 작동에 영향을 미칩니다.
문제는 결정 구조가리튬 이온 배터리는 충전-방전 주기마다 교체됩니다. 이것은 처음에 필요한 성능을 제공했던 원자의 배열이 달라짐을 의미합니다.
배터리에도 부식이 발생합니다.각 전극은 일반적으로 양극용 구리와 음극용 알루미늄과 같은 금속 집전체에 연결됩니다. 이 연결 요소가 열화되어 붕괴되기 시작하면 집전체의 표면도 변형됩니다. 따라서 금속이 부식되면 전자를 효율적으로 이동할 수 없습니다.
최신 배터리의 또 다른 문제는 재료입니다.그것들이 만들어지는 것. 대부분이 코발트를 사용합니다. 세계 코발트 공급량의 60%가 콩고에서 나오므로 시장 의존도가 극도로 높으며 수입 문제로 인해 전 세계 생산이 어려움을 겪을 수 있습니다.
리튬 이온 배터리의 성능이 좋지 않으면 최신 실리콘 양극 배터리가 배터리를 대체합니까?
예, 하지만 그렇게 간단하지 않습니다.모든 기술에는 단점이 있습니다. 오늘날 실리콘 양극 배터리는 예를 들어 Tesla에서 사용됩니다. Elon Musk에 따르면 전기 자동차 배터리의 실리콘은 주행 거리를 6% 늘리는 데 도움이 됩니다. 또한 이러한 배터리는 약 3 600mA * h / g의 상대적으로 더 높은 비 용량을 갖습니다.
그러나 문제도 있습니다:예를 들어, 이러한 유형의 양극은 불안정하므로 작동 중에 위험할 수 있습니다. 액체 전해질과 접촉하면 실리콘은 에너지를 잘 저장하지 못합니다. 이 경우 전기 모터는 전력을 잃습니다. 이것이 오늘날 배터리가 전적으로 실리콘으로 만들어지지 않는 이유입니다. 비율이 작으면 생산성 증가는 최소화됩니다.
미래에 장치에 어떤 다른 배터리가 나타날 수 있습니까?
- 리튬 탄소 배터리
말레의 엔지니어들과 함께배터리 제조업체 Allotrope Energy는 슈퍼커패시터를 기반으로 하는 새로운 리튬-탄소 배터리 아키텍처를 만들었습니다. 새로운 배터리는 음극과 결합된 고속 양극으로 만들어집니다. 두 부분 모두 유기 전해질로 분리되어 있습니다. 슈퍼커패시터를 빠르게 충전하고 고밀도로 에너지를 저장할 수 있습니다. 개발자는 전기 오토바이를 90초 만에 충전할 수 있었습니다.
- 설탕이 포함된 리튬 유황 배터리
다른 과학 연구의 저자는 리튬 황을 만들었습니다.배터리와 설탕을 사용하여 더 안정적으로 만듭니다. 일부 설탕 기반 물질은 지질 퇴적물의 분해를 방지하고 황화물 사이의 강한 결합을 유지할 수 있습니다. 그 결과 설탕을 넣은 배터리는 약 700mAh/g의 성능을 보여 1,000사이클 이상 작동했다.
- 알칼리 금속 염소 배터리
스탠포드 대학교 연구원알칼리 금속 염소 배터리를 개발했습니다. 이것은 염화나트륨(Na/Cl2) 또는 염화리튬(Li/Cl2)을 염소로 역화학 변환하는 것을 기반으로 합니다. 생성 된 셀은 2 800 mA * h / g의 음극으로 다소 높은 방전 용량을 나타냅니다. 그러나 첫 번째 사용 주기 이후에는 용량이 절반으로 줄어듭니다. 그럼에도 불구하고 배터리는 잘 작동했습니다.
미래의 배터리는 다음과 같이 만들어집니다.일반적이고 쉽게 재활용할 수 있는 재료는 또한 고밀도로 에너지를 저장하기 시작하고 거의 부식성이 없습니다. 지금까지 엔지니어와 물리학자들은 배터리에 대한 완벽한 공식을 만들 수 없었지만 효율적인 에너지 저장에 대한 필요성은 계속 커지고 있으므로 이 방향에서 더 많은 특이한 솔루션을 보게 될 것입니다.
더 읽어보기
호킹은 옳았지만 때로는 틀렸다: 과학자의 가장 대담한 아이디어
독감 약이 바이러스에 도움이 될 수 있습니다
중국의 극초음속 미사일이 지구 전체를 돌았다. 이것이 어떻게 가능하며 그녀에 대해 알려진 것은