무게는 휴대용 및 모바일 배터리 기반 기술의 개발과 발전에 있어 매우 중요한 요소입니다. 배터리의 크기와 무게가 점차 줄어들면서 지난 몇 년 동안 모바일 기술의 채택이 번창할 수 있었습니다. 1973년 최초의 휴대용 휴대 전화인 휴대 전화를 예로 들어 보겠습니다. 무게 2.4파운드 (1킬로그램 이상), 10시간 동안 충전해야 하기 전까지 30분만 지속되었습니다. 현재 스마트폰의 무게는 크기에 따라 150~230g 정도이며, 충전이 필요하기 전까지 최대 8~9시간 동안 사용할 수 있습니다.
더 작고 오래 지속되는 배터리 덕분에 노트북, 태블릿, 스마트워치 및 기타 휴대용 기술이 수년에 걸쳐 점점 더 눈에 띄게 발전하고 있습니다.
차량과 같은 대형 애플리케이션에서는 어떨까요? 주어진 무게에 대한 에너지 밀도의 증가는 지난 몇 년 동안 전기차 산업을 확실히 견인할 수 있었습니다. 그럼에도 불구하고 배터리는 여전히 전기차 전체 무게의 상당 부분을 차지합니다. 차량 총 질량의 30%. 차량이 무거울수록 더 많은 에너지와 더 많은 배터리가 필요하기 때문에 차량의 무게를 줄여 에너지 저장 효율을 높이는 것이 중요합니다. 이는 트럭, 보트, 심지어 비행기와 같은 대형 차량의 전기 대체 수단이 도입될 경우 특히 중요합니다.
배터리 무게 줄이기
다양한 연구자들이 이를 달성하기 위해 여러 가지 방법을 시도하고 있습니다. 최근에 발표된 한 논문에서 연구스탠퍼드 대학교와 에너지부의 SLAC 국립 가속기 연구소의 과학자들은 현재보다 가벼운 새로운 전류 수집기 80%를 설계하는 데 성공했습니다.
각 배터리에는 두 개의 집전기가 있으며, 각 전극에 하나씩 연결되어 배터리로 유입되거나 유출되는 전류를 분배합니다. 과학자들에 따르면 이 구성 요소는 배터리의 전반적인 성능 향상에 통합하기 어려웠기 때문에 항상 죽은 무게로 간주되어 왔습니다. 게다가 전체 배터리 무게의 15%에서 최대 50%까지 차지할 수 있습니다. 따라서 이 단일 부품을 개선하면 배터리 무게를 크게 줄이고 배터리 효율을 높일 수 있습니다.
새로운 집전체 설계는 난연제를 내장하고 초박막 구리 층으로 코팅한 경량 폴리머인 폴리이미드를 사용합니다. 집전기의 무게를 줄임으로써 에너지 밀도가 16~26% 증가했습니다.
또 다른 예로, 프라운호퍼 구조 내구성 및 시스템 신뢰성 연구소(LBF)의 과학자들은 다음을 줄였습니다. 전기 자동차 배터리 무게 배터리 팩 케이스의 재질 변경. 연구진은 기존 배터리 팩의 알루미늄 케이스를 대체하기 위해 섬유 플라스틱 복합재를 사용하여 배터리 팩의 무게를 40%까지 줄일 수 있었습니다. 연구소에 따르면 이는 또한 추가적인 통합 기능으로 인해 전기차의 주행 가능 거리와 역동성을 증가시킵니다.
테슬라의 계획은 다음과 같습니다. 배터리 팩 통합 배터리를 차량 구조에 직접 장착하는 것도 전기차 제조업체가 배터리 무게를 줄일 수 있는 또 다른 방법입니다. Tesla는 배터리를 별도의 케이스에 넣는 대신 배터리 팩을 차량 구조의 필수적인 부분으로 만들어 불필요한 질량을 제거하여 팩의 무게를 줄일 계획입니다.
더 가벼운 배터리의 장점
휴대폰에서 볼 수 있듯이 배터리 기술이 충분히 성숙하려면 수십 년이 걸릴지라도 배터리의 크기와 무게를 크게 줄일 수 있습니다. 스마트폰과 노트북의 배터리는 이미 비교적 관리하기 쉬운 크기로 줄어들었지만, 더 가벼운 배터리의 혜택을 누릴 수 있는 산업 분야는 여전히 많습니다. 스마트 의류 더 가볍고, 더 작고, 더 밀도가 높은 배터리로 의료 기기를 더욱 발전시킬 수 있습니다.
특히 트럭과 같은 대형 차량을 위한 전기 대체품이 주목받고 있습니다, 선박 및 비행기 배터리의 에너지 밀도는 증가하면서 무게는 감소하는 것이 더 유리할 것입니다. 하지만 미래는 밝습니다. 최근 나이아가라 폭포에서는 완전 전기 페리선 두 척 투어를 위해 전기 선박을 도입하여 해양 산업에서 전기 대체 에너지의 도입이 한 걸음 더 진전되었음을 의미하며, 더 가볍고 에너지 효율적인 에너지 저장 장치의 필요성을 촉진합니다.
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