연구자들이 배터리에 대한 새로운 접근 방식을 위해 다양한 재료를 테스트하는 상황에서 특정 재료가 실행 가능한 옵션인지 어떻게 평가해야 할까요? 현재 실리콘, 그래핀, 심지어 나트륨과 같은 물질을 배터리 화학에 통합하는 것이 연구되고 있습니다. 다음은 특정 소재가 적합한지 평가할 때 고려해야 할 5가지 요소입니다. 배터리 소재 가 가능합니다.
- 재료 비용
재료비는 배터리 내 특정 재료의 사용 가능성에 큰 영향을 미칩니다. 오늘날 배터리의 의존도가 매우 높고 수요가 계속 증가하고 있기 때문에 가격을 낮게 유지하기 위해 올바른 소재를 선택하는 것이 필수적입니다.
2010년에는 리튬 이온 배터리 팩의 가격이 1,000달러/kwh를 넘었습니다. 이는 크게 하락하여 2019년까지 USD156/kwh이며, 향후 몇 년 내에 100달러/kwh 이하로 떨어질 것으로 예상됩니다.
배터리 비용의 감소로 인해 점점 더 많은 사람들이 다음과 같은 대규모 애플리케이션을 위한 영구적인 에너지 솔루션으로 배터리를 구매할 수 있게 되었습니다. 전기 자동차 또는 그리드 스토리지를 통해 청정 에너지로의 전환을 촉진합니다.
하지만 리튬 이온 배터리에 일반적으로 사용되는 특정 재료는 배터리 원가 상승의 원인이 됩니다. 예를 들어 코발트는 비싸다 제한된 공급과 높은 수요로 인해 가격이 변동하는 경향이 있습니다. 다음 사례도 비슷합니다. 니켈. 이러한 금속의 공급은 코발트의 경우 콩고민주공화국, 니켈의 경우 인도네시아 등 특정 지역에 집중되는 경향이 있으므로 가격은 해당 국가의 수출 정책에 따라 달라질 수 있습니다.
- 풍요로움과 지속 가능성
재료의 풍부함과 공급은 가격뿐만 아니라 장기적인 지속 가능성에도 영향을 미칩니다. 일부 분석가들은 현재 배터리에 사용되는 희귀 금속의 공급이 불과 몇 년 안에 악화될 수 있다고 예측합니다. 업계 관계자들은 다음과 같이 예상합니다. 2022년까지 코발트 부족. 증가하는 배터리 수요를 지원하기 위해 연구자들은 대안을 모색하고 있습니다.
그러한 대안 중 하나가 나트륨입니다. 나트륨은 지구상에서 여섯 번째로 풍부한 원소이며, 리튬은 이에 비해 25번째로 풍부합니다. 즉, 나트륨은 장기 가용성 측면에서 리튬의 강력한 라이벌입니다. 나트륨 이온 배터리는 잠재적으로 더 저렴하고 생산하기 쉬운 보다 에너지 밀도 측면에서 확실한 경쟁자가 되려면 아직 개선해야 할 점이 많지만, 리튬 이온보다 더 나은 성능을 제공합니다.
현재로서는 흑연이 음극 소재로 선호되고 있지만, 더 저렴한 대안으로 실리콘에 대한 많은 연구가 진행되고 있습니다. 실리콘은 지각에서 두 번째로 풍부한 원소이기 때문에 미래 배터리에 적합한 소재입니다.
- 재료 열화
하지만 소재가 풍부하다고 해서 반드시 배터리에 사용하기에 적합하다는 의미는 아닙니다. 실리콘이 선호되는 대체 물질이지만, 많은 연구자들은 실리콘이 배터리에 사용될 때 빠르게 열화되는 경향이 있다는 사실을 발견했습니다. 이론적으로는 흑연보다 용량이 높지만, 실리콘 양극은 이온을 받을 때 거의 300%까지 부풀어 오르는 경향이 있습니다. 이로 인해 양극에 균열이 생기고 성능이 저하되어 배터리의 에너지 밀도가 빠르게 감소합니다.
서로 다른 물질은 조합에 따라 다르게 반응합니다. 예를 들어, 에너지 밀도가 높은 순수 리튬 금속은 전해질과 부정적으로 반응하여 다음과 같은 물질의 성장을 촉진합니다. 수상돌기 이온이 양극 표면에 고르지 않게 침착되기 때문입니다. 배터리 소재를 평가할 때는 반응성과 장기적인 성능을 고려해야 합니다.
- 안전
배터리의 안전은 중요한 문제입니다. 배터리 내부에 형성된 수상 돌기가 분리막을 뚫고 배터리가 단락될 수 있기 때문입니다. 또한 리튬 이온 배터리는 일반적으로 안정적이지만 손상되면 불이 붙거나 연소하는 것으로 알려져 있습니다. 이는 주로 배터리 내부에 사용되는 액체 전해질의 가연성 때문입니다. 반수성 또는 고체 전해질은 더 안전한 배터리를 만들 수 있는 대체재입니다.
- 환경 영향
특정 물질은 다량으로 사용하면 환경에 유독합니다. 코발트와 니켈은 현재 리튬 이온 배터리에 사용되고 있지만, 적절한 폐기 또는 재활용 조치 없이는 장기적으로 환경에 영향을 미칠 수 있습니다.
수명이 다해 폐기되는 수많은 배터리의 경우 중금속이 축적되어 사람과 환경에 안전 위험을 초래할 수 있습니다. 부적절하게 폐기할 경우 중금속이 땅과 상수도로 누출되어 사람과 동물의 건강에 영향을 미칠 수 있습니다.
환경으로부터 물질을 추출하는 방법과 이것이 미치는 영향도 고려해야 합니다. 리튬 채굴은 다음을 유발하는 것으로 밝혀졌습니다. 서식지 파괴 및 오염주변 농경지의 토양을 훼손합니다.
또는 나트륨을 추출하는 과정이 훨씬 더 환경 친화적이라는 점도 이 방법이 유리한 이유 중 하나입니다.
각 소재에는 장단점이 있으며, 실용성을 평가할 때는 이러한 모든 요소를 고려해야 합니다. 배터리는 더 친환경적이고 깨끗한 미래를 지향하기 때문에 이를 달성하기 위한 프로세스도 검토해야 합니다. 균형 잡히고 실행 가능한 배터리 대안을 찾기 위해서는 비용 및 배터리 화학 성분과 함께 지속 가능성을 고려해야 합니다.
