우주에서 사용되는 배터리는 무엇이 다른가요?
우주에서 사용되는 배터리는 지구에서 사용되는 배터리보다 훨씬 더 광범위한 연구, 테스트 및 개발을 거칩니다. 이러한 고위험 상황에서 배터리의 고장은 매우 위험합니다. 배터리를 교체하는 과정 또한 매우 힘든 임무가 될 수 있습니다. 국제우주정거장에서 우주비행사가 배터리 세트를 교체하는 데 6.5시간이 걸렸습니다. 우주의 극한 조건으로 인해 배터리는 각 임무, 환경 및 온도에 맞게 맞춤 제작되어야 할 뿐만 아니라 이러한 상황에서도 제 기능을 잘 수행하여 관련된 사람들의 안전을 위협하지 않아야 합니다.
우주에서는 어떤 종류의 배터리를 사용하나요?
지구에서와 마찬가지로 우주에서도 현재 충전식 리튬 이온 배터리가 선호되고 있습니다. 국제우주정거장을 예로 들면, 정거장에 전력을 공급하는 데 사용되는 배터리는 태양의 태양 에너지로 충전되며, 저장된 에너지는 궤도가 어둡고 직사광선을 받지 않는 지구의 그늘에 있을 때 사용됩니다.
2017년에 NASA는 우주 정거장의 니켈 수소 배터리를 리튬 이온 배터리로 교체하는 작업을 시작했습니다. 니켈-수소 배터리는 배터리 수명이 길고 많은 충전 및 방전 주기를 큰 성능 저하 없이 견딜 수 있기 때문에 처음에는 우주 기술에서 사용되었습니다. 그러나 매 사이클마다 완전히 충전 및 방전되지 않으면 배터리 용량의 일부가 손실되는 셀의 '배터리 메모리'를 방지하기 위해 배터리 컨디셔닝이라는 추가 프로세스가 필요했습니다.
리튬 이온 배터리는 20년이 지난 이 스테이션에 환영받는 업그레이드였습니다. 더 가볍고 에너지 효율이 높은 리튬 이온 배터리 하나만 있으면 니켈 수소 배터리 두 개를 대체할 수 있어 에너지와 부피 밀도가 크게 업그레이드되었습니다. 또한 새로운 배터리는 배터리 메모리에 영향을 받지 않으므로 컨디셔닝이 필요하지 않습니다. 그럼에도 불구하고 각 유형의 배터리에는 여전히 고유한 단점이 있습니다. 리튬 이온 전지는 과충전, 과열 및 열 폭주에 더 민감합니다. 따라서 배터리 테스트는 매우 중요하며 우주에서 사용되는 모든 배터리는 우주에서 사용하기에 안전하다는 인증을 받기 전에 엄격한 테스트를 거쳐야 합니다.
우주에서 사용되는 배터리와 일반 배터리의 차이점
현재 우주 정거장에 있는 리튬 이온 배터리는 매우 견고하며 일상 생활에서 사용되는 평균 배터리보다 훨씬 오래 사용할 수 있도록 제작되었습니다. 휴대폰과 같은 일반 가전제품에 사용되는 충전식 리튬 이온 배터리의 평균 수명은 약 3~5년 또는 500~1000회 완전 충전, 전기 자동차에 사용되는 배터리는 8~10년, 수천 회 충전이 가능하지만 우주 정거장의 배터리는 10년, 6만 회 수명이 가능하도록 설계되었습니다. 배터리의 기준은 우주 공간에서 훨씬 더 높습니다. 이러한 요구 사항을 충족하려면 엄격하고 포괄적인 테스트가 필요합니다.
우주용으로 제작된 배터리 테스트
배터리는 화학 반응을 통해 에너지를 방출하기 때문에 배터리가 작동하는 환경이 성능에 영향을 미칩니다. 우주라는 극한의 조건 때문에 배터리는 사용 인증을 받기 위해 여러 가지 조건에서 강도 높은 테스트를 거쳐야 합니다.
예를 들어, 배터리는 진공 상태에서 테스트해야 합니다. 연구에 따르면 배터리를 과충전해도 열 폭주로 이어지지 않았지만 외부 단락 테스트에서는 열 폭주가 발생했습니다. 이러한 결과는 주변 압력 환경에서 동일한 테스트를 수행한 것과는 정반대의 결과입니다. 또한 최악의 시나리오와 이러한 상황을 피하고 배터리를 적절히 관리하는 데 필요한 단계를 파악하기 위해 배터리 남용 테스트를 실시하기도 합니다.
또한 임무에 따라 배터리는 지구에서 경험할 수 없는 환경에서도 작동해야 합니다. 예를 들어, 일부 임무에서는 -20~-100°C의 극저온에서도 배터리가 작동해야 합니다. 온도는 충전 및 방전 속도에 큰 영향을 미치므로 배터리가 이러한 온도에서 작동할 수 있는지 확인해야 합니다.
모든 배터리와 마찬가지로 과열과 과충전은 큰 안전 문제입니다. 적절한 배터리 관리 시스템과 [배터리 테스트 장비] 배터리의 안전과 안정성을 보장하기 위해서는 특히 위험도가 높은 공간에서 사용해야 합니다. 이러한 상황에서는 정확하고 신뢰할 수 있는 테스트 장비가 매우 중요합니다.
지구상의 우주 기술
우주에서 사용되는 것과 같은 대용량 배터리를 지구에서 사용하는 경우는 거의 없지만, 우주 기술의 혁신은 낙수 효과를 일으켜 결국에는 우리가 그 기원을 알지 못하는 사이에 일상 생활에서 사용할 수 있게 됩니다. 현재 휴대폰, DSLR 카메라 및 기타 휴대용 기기에서 흔히 볼 수 있는 카메라는 행성 간 임무를 위해 카메라를 소형화하여 휴대폰에 좋은 품질의 카메라를 장착할 수 있게 만든 NASA 과학자 에릭 포섬의 연구로 거슬러 올라갑니다.
따라서 우주 기술 및 배터리 연구를 통한 혁신은 언젠가 우리가 일상 생활에서 사용하는 배터리와 가전제품을 개선하여 대중에게 도움이 되고 혜택을 줄 수 있습니다.
결론
배터리 테스트 수준에서 지속적인 개선과 혁신은 배터리 연구 및 개발에도 매우 중요합니다. 테스트 장비가 재료 연구와 동적 충전/방전 프로파일을 따라잡아 가전제품과 기술이 배터리를 사용하는 방식을 모방할 수 있다면 더 나은 예측과 평가를 할 수 있습니다. 무거운 의무 [우주의 배터리 기술] 가 언젠가 일상적인 기술에 통합된다면 상용 배터리 테스트 장비는 이러한 수요를 충족할 수 있어야 합니다.
