리튬 대체품 6가지

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스마트폰에서 전기 자동차에 이르기까지 배터리는 우리 삶에 가장 영향력 있는 기술 중 일부를 단독으로 구동합니다. 배터리 자체는 새로운 기술이 아니지만 대부분의 장치에 사용되는 리튬 이온(Li-on) 종류는 불과 수십 년 전에야 입지를 굳히기 시작했습니다. 그러나 세계가 풍력 및 태양광과 같은 재생 가능하고 지속 가능한 에너지원으로 전환한 것처럼 최근 몇 년 동안 리튬 이온 배터리 대안에서도 유사한 혁신이 나타났습니다.

따라서 이 기사에서는 곧 출시될 리튬 이온 배터리 대안을 간략하게 살펴보겠습니다. 하지만 먼저 최신 배터리의 작동 방식과 기술을 괴롭히는 많은 문제를 요약해 보겠습니다.

경쟁 기술이 어떻게 작동하는지 알아보기 전에 재충전 가능한 리튬 이온 배터리의 기본 사항과 이것이 오늘날 세계에서 이상적이지 않은 이유를 다시 살펴보는 것이 좋습니다.

모든 배터리는 음극(양극), 양극(음극) 및 전해질 매체로 구성됩니다. 충전된 리튬 이온 배터리를 방전시키면 양으로 충전된 리튬 이온이 양극에서 음극으로 이동합니다. 이는 또한 전자 장치에 전력을 공급하는 데 사용될 수 있는 전자의 흐름을 촉발합니다. Li-on 배터리를 충전하면 동일한 과정이 반대로 진행됩니다.

전체적으로 Li-on 배터리를 수백 번 충전 및 방전할 수 있는 사이클을 얻게 됩니다. 하지만 그렇다고 기술이 완벽하다는 뜻은 아니다.

Li-on 배터리에는 iPhone 생산부터 전기 자동차의 생존 가능성에 이르기까지 모든 것에 영향을 미치는 여러 가지 단점이 있습니다. 이러한 문제 중 일부는 다음과 같습니다.

위의 모든 문제를 고려할 때 사실상 모든 주요 기술 회사가 대체 배터리 기술을 찾으려고 노력하는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 이러한 노력 중 많은 부분이 아직 초기 단계에 있지만 소수의 노력이 향후 10년 이내에 차세대 전기 자동차 및 기타 가전 제품에 전력을 공급할 수 있습니다. 따라서 시간을 낭비하지 않고 최고의 리튬 이온 대안과 기존 배터리 기술을 어떻게 개선할 수 있는지에 대한 간략한 목록이 있습니다.

우리에게 익숙한 Li-on 기준선에서 크게 벗어나지 않는 배터리 기술부터 시작해 보겠습니다.

나트륨 이온 배터리는 단순히 전하 캐리어인 리튬 이온을 나트륨으로 대체합니다. 나트륨이 리튬보다 훨씬 더 풍부하기 때문에 이 단일 변화는 배터리 생산에 큰 영향을 미칩니다. 실제로 바다의 소금을 사용하면 전 세계 어디에서나 나트륨을 추출할 수 있습니다. 이는 또한 리튬과 같은 잠재적으로 위험한 물질의 보관 및 운송에 대해 더 이상 걱정할 필요가 없으므로 배터리 생산 비용을 낮출 수 있습니다.

그러나 나트륨 이온 배터리도 완벽하지는 않습니다. 그들의 이온은 물리적으로 리튬보다 크며 이는 에너지 밀도가 낮다는 것을 의미합니다. 현실 세계에서는 이로 인해 전기 자동차의 주행 거리가 줄어들고 스마트폰의 작동 시간이 짧아질 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 나트륨 이온 배터리의 다른 장점은 이 기술에 대한 추가 연구가 필요합니다.

리튬이온 배터리는 양극에 코발트를 사용하는데, 이는 조달이 어려운 것으로 입증되었습니다. 리튬-황(Li-S) 배터리는 음극 재료로 황을 대신 사용하여 이 문제를 해결할 수 있습니다. 코발트를 대체하는 것 외에도 Li-S 배터리는 더 높은 에너지 밀도와 더 낮은 생산 비용이라는 몇 가지 장점을 제공합니다.

현재 리튬황 배터리의 가장 큰 문제점은 빠른 성능 저하 속도에 있다. 따라서 2008년에 태양열 비행기가 Li-S 배터리를 사용하는 것을 보았음에도 불구하고 우리는 여전히 이 기술을 일상 전자 제품에 적용할 수 있도록 지속적인 연구를 기다리고 있습니다.

리튬 이온 배터리는 이온이 전극 사이를 이동할 수 있도록 하는 액체 전해질 매체를 사용합니다. 전해질은 일반적으로 배터리가 과열되거나 과충전될 때 화재가 발생할 수 있는 유기 화합물입니다. 그래서 이러한 위험을 줄이기 위해 연구자들은 전고체 배터리 형태의 대안을 고안했습니다. 이 제품은 혹독한 환경과 급격한 온도 변화를 견딜 수 있는 고체 무기 전해질을 사용합니다.