급속 충전의 가용성은 전기 자동차 채택의 가장 큰 동인 중 하나가 될 것입니다. 현재 공용 직류 충전기는 차량을 최대 80% 30분~1시간 후 - 여전히 내연기관 차량에 주유하는 데 걸리는 몇 분에 비하면 꽤 긴 시간입니다. 현재 여러 제조업체와 개발자가 급속 충전을 실현하기 위해 노력하고 있습니다. 전기차 배터리를 급속 충전할 수 있는 기술이 마침내 준비된 걸까요?
얼마나 빠른 것이 빠른가요?
배터리와 충전기에 따라 다르지만, 일반적인 60kWh 전기차 배터리를 충전하는 데 걸리는 시간은 30분에서 8시간까지 다양합니다. 집이나 상업용 주차장에서 충전할 수 있는 도시 지역에서는 직장이나 집에서 밤새 충전할 수 있기 때문에 이 수치가 그리 번거롭지 않게 느껴질 수 있습니다. 하지만 충전기가 거의 없는 곳에서는 이 수치가 실망스러울 수 있습니다.
업계 전반에서 연구자와 제조업체는 충전 시간을 최소 10분으로 단축하기 위해 노력하고 있으며, 일부 야심찬 업체는 5분을 목표로 하고 있습니다. 후자의 속도가 달성되면 전기차 충전은 기존 자동차 주유와 동등한 수준이 될 것입니다.
고속 충전이 어려운 이유는 무엇인가요?
전기화학 셀인 배터리의 안정성은 소재, 온도, 사용량 등 여러 요인에 의해 결정됩니다. 잘 관리하지 않으면 배터리가 매우 빠르게 열화되어 쓸모없게 될 수 있으며, 고속 충전은 이러한 열화 과정을 가속화할 수 있습니다.
A 연구 리버사이드 캘리포니아 대학교의 연구진이 실험을 통해 이를 발견했습니다. 연구팀은 업계의 표준 전기차 급속 충전 절차에 따라 배터리 셀을 충전한 결과, 단 40회 충전 후 배터리 용량이 40%까지 감소하는 것을 발견했습니다. 전기차 배터리는 80% 용량 이하에서는 수명이 다한 것으로 간주되므로 25 사이클 후에는 사실상 셀을 사용할 수 없다는 것을 발견했습니다. 60 사이클 후에는 셀이 갈라지기까지 했습니다.
왜 그럴까요? 고속 충전은 셀의 내부 저항을 급격히 증가시켜 배터리의 사용 가능한 용량을 감소시킵니다. 그 이유 중 하나는 리튬이 양극에 부착되어 셀의 무결성에 해를 끼칠 수 있는 리튬 도금이 쌓이기 때문입니다. 또한 충전 전력이 증가하면 내부의 열도 함께 증가합니다. 이로 인해 가스가 축적되어 배터리가 부풀어 오르고 결국 화재나 폭발로 이어질 수 있습니다.
고속 충전을 가능하게 하기 위해 어떤 노력을 기울이고 있나요?
이러한 이유 때문에 고속 충전을 실현하려면 여러 측면에서 변화를 주어야 합니다. 이를 위한 한 가지 방법은 셀 내의 특정 물질을 교체하는 것입니다.
이스라엘 회사인 StoreDot은 고속 충전 배터리를 개발하기 위해 배터리 화학을 업데이트하여 이를 지원하는 데 주력했습니다. 대부분의 일반적인 리튬 이온 배터리는 흑연 음극을 사용합니다. 이 회사는 게르마늄 기반 나노 입자 안전, 배터리 수명, 부풀어 오름 등의 문제를 해결하는 데 도움이 되었습니다. 이 배터리 설계는 소비자 제품, 드론, 이륜 전기차를 대상으로 테스트를 거쳤습니다. 스토어닷은 또한 전기 자동차의 고속 충전 기능을 시연하기 위해 셀을 제조했습니다.
현재 진행 중인 또 다른 고속 충전 프로젝트는 펜실베니아 주립대 엔지니어들이 설계한 것입니다. 10분 만에 충전할 수 있는 리튬 인산철 배터리. 이 배터리는 충전 과정을 용이하게 하기 위해 화씨 140도까지 배터리를 가열하는 자체 발열 방식을 사용합니다. 연구원들은 또한 대중 시장 친화적인 배터리를 만들기 위해 저비용 재료로 배터리를 설계했습니다.
배터리와 충전 기술의 지속적인 발전으로 전기차 급속 충전이 곧 널리 보급될 수 있을 것입니다. 고속 충전을 지원하기 위한 인프라 구축과 같은 다른 변화도 필요하지만, 이는 탈탄소 운송에 한 걸음 더 가까워진 것입니다.
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