이미지 출처: Yen Strandqvist/Chalmers 공과대학교.
엘론 머스크가 에너지 저장 장치의 무게를 줄이기 위해 배터리를 자동차 구조 자체에 통합할 것이라고 발표하기 훨씬 전부터 연구원들은 이미 구조 배터리 솔루션을 개발하고 있었습니다. "질량이 없는" 배터리가 있다는 것은 무엇을 의미하며, 이러한 유형의 배터리가 적용될 수 있는 분야에는 어떤 것이 있을까요?
구조 배터리란 무엇인가요?
전기 자동차의 경우 배터리 팩이 전체 질량의 25%를 차지할 수 있을 정도로 배터리는 기계에서 가장 무거운 부품이 될 수 있습니다. 이는 차량이나 드론과 같은 모바일 애플리케이션에서 배터리 팩을 운반하는 데에도 상당한 에너지가 사용된다는 것을 의미합니다. 시간이 지남에 따라 연소되어 차량의 무게를 가볍게 만드는 연료와 달리 배터리는 전체 무게를 유지하므로 에너지 소비가 효율적이지 않습니다.
구조 배터리가 해결하고자 하는 장애물이 바로 이 문제입니다. 이론적으로 이러한 유형의 배터리는 기계 자체의 하중을 견디는 필수적인 부분으로 작용합니다. 또한 필요한 구조적 요소 외에 장치나 기계에 추가 질량을 추가하지 않기 때문에 "질량 없는" 배터리라고도 불립니다. 예를 들어, Tesla는 배터리 팩을 자동차 바닥 자체로 만들어 무거운 배터리를 보관하기 위한 별도의 자동차 바닥이 필요하지 않게 되기를 희망하고 있습니다.
매스리스 배터리에는 어떤 재료가 사용되나요?
보호용 배터리 팩 케이스 안에 들어 있는 일반 배터리와 달리 구조형 배터리는 독립적으로 무게를 견뎌야 합니다. 따라서 훨씬 더 견고하고 튼튼한 소재로 만들어야 합니다. 구조용 배터리 연구자들이 흔히 선택하는 소재는 탄소 섬유입니다. 탄소섬유는 구조물의 무결성을 유지할 수 있는 강력한 소재일 뿐만 아니라 이온 운반 능력이 높아 배터리 양극에 적합한 소재이기도 합니다.
2000년대부터 구조 배터리가 개발되어 왔지만 아직 실용화된 제품은 없습니다. 하지만 최신 버전 찰머스 공과대학교 연구진이 개발한 무질량 배터리는 기존 배터리보다 10배 이상 성능이 향상되었습니다. 하지만 에너지 밀도가 24Wh/kg에 불과해 리튬 이온 배터리 용량의 20%에 불과합니다. 아직 갈 길이 멀지만 이 기술은 분명 유망한 기술입니다.
구조 배터리의 응용 분야 및 이점
- 전기 자동차
자동차와 트럭부터 선박과 비행기에 이르기까지 전기 자동차는 구조용 배터리를 사용하면 큰 이점을 얻을 수 있습니다. 앞서 언급했듯이 차량 배터리 팩은 많은 무게를 차지합니다. 에너지 저장장치를 구조물 자체에 통합하면 무부하 배터리 팩을 운반하는 데 추가 에너지가 필요하지 않으므로 차량의 주행 가능 거리가 늘어납니다. 이러한 에너지 절약은 특히 화물 트럭이나 비행기와 같은 대형 차량에 유용하며, 주행거리 불안감을 해소하는 데 도움이 될 수 있습니다.
- 로봇 공학
구조용 배터리의 또 다른 흥미로운 응용 분야는 로봇 공학입니다. 전기차와 마찬가지로 로봇용 배터리는 로봇의 공간이나 질량의 20%를 차지할 수 있어 로봇 설계에 제한이 있을 수 있습니다.
로봇 공학 연구자들은 배터리를 로봇의 해부학적 구조에 통합하는 방법을 연구하면서 동물의 에너지 저장 개념을 차용한 생체 모방형 배터리를 설계해 왔습니다. 연구진은 지방 조직이 몸 전체에 에너지를 저장하는 방식을 기반으로 연구를 진행했습니다, 과학자 는 로봇 전체에 에너지 저장을 분산하는 방법을 개발하고 있습니다. 이러한 유형의 구조 배터리는 잠재적으로 다음과 같은 분야에 사용될 수 있습니다. 애플리케이션 신체 보철물이나 유연하거나 부드러운 로봇 공학 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다.
- 의학 및 마이크로일렉트로닉스
마이크로일렉트로닉스는 특히 의료용 애플리케이션과 임플란트에서 구조용 배터리의 유망한 응용 분야이기도 합니다. 구조용 배터리를 사용하면 제조업체는 이러한 장치를 더 작은 크기로 설계할 수 있습니다. 심박조율기나 보청기와 같은 배터리로 작동하는 장치를 보다 편안하고 신체에 매끄럽게 통합되도록 재설계할 수 있습니다.
배터리 테스트가 연구를 지원하는 방법
고품질의 맞춤형 배터리 테스트 기술은 구조용 배터리의 연구 및 개발을 지원할 수 있습니다. Arbin's 재생 배터리 테스트 시리즈예를 들어, 배터리를 테스트할 수 있습니다. 드라이브 주기, 배터리가 실생활에서 어떻게 사용되는지 모방할 수 있습니다. 이를 통해 과학자들은 배터리 성능에 대한 보다 정확한 스냅샷을 확보하여 테스트 및 개발 프로세스를 촉진하고 가속화할 수 있습니다. 문의하기 를 클릭해 자세히 알아보세요.
