반고체 배터리와 솔리드 스테이트 배터리의 차이점은 무엇인가요?
반고체 배터리란 무엇인가요?
반고체 배터리는 고체 전해질과 액체 전해질의 하이브리드 설계를 사용합니다. 배터리 한쪽의 전극에는 액체 전해질이 들어 있지 않고 다른 쪽의 전극에는 액체 전해질이 들어 있습니다.
고체 전해질과 액체 전해질의 비율은 1 대 1이 아니라 배터리 셀의 액체 전해질 비율에 따라 액체(25wt%), 반고체(5-10wt%), 준고체(0-5wt%) 및 전고체(0wt%)로 나뉩니다.
반고체 배터리는 기존 리튬 이온 배터리에 비해 크기가 작고 안정적이고 안전하며 더 높은 에너지 밀도를 달성할 수 있고 리튬 이온 배터리보다 훨씬 저렴합니다.
반고체 배터리와 전체 솔리드 스테이트 배터리의 차이점은 무엇인가요?
반고체 배터리는 모든 솔리드 스테이트 배터리가 아닙니다. 모든 고체 배터리는 액체 전해질이 없는 100%입니다. 반고체 배터리와 솔리드 스테이트 배터리는 원칙적으로 유사하지만 둘 사이에는 상당한 차이점이 있습니다:
전해질 재료
반고체 배터리: 부분적으로 고체 전해질과 부분적으로 액체 전해질의 조합을 사용합니다. 고체 전해질은 일반적으로 세라믹 또는 폴리머 소재이고 액체 전해질은 기존의 액체 전해질입니다. 이 조합은 배터리의 이온 전도도와 계면 안정성을 향상시킬 수 있습니다.
완전 솔리드 배터리: 액체 성분 없이 완전히 고체 전해질을 사용합니다. 고체 전해질은 안정성과 안전성이 높은 세라믹, 폴리머 또는 기타 고체 물질일 수 있습니다.
안전
반고체 배터리: 기존의 액체 전해질 배터리에 비해 부분적으로 고체 전해질이 액체 전해질의 누출 위험을 줄일 수 있어 안전성이 향상되었습니다. 하지만 여전히 액체 성분이 포함되어 있기 때문에 안전성은 전고체 배터리만큼 우수하지 않습니다.
완전 솔리드 배터리: 고체 전해질을 완전히 사용하기 때문에 액체 전해질의 누출 및 연소 위험이 제거되어 안전성이 가장 높습니다.
에너지 밀도
반고체 배터리: 는 부분적으로 고체 전해질이 배터리의 전반적인 안정성과 충방전 효율을 향상시킬 수 있기 때문에 에너지 밀도가 높지만, 여전히 액체 성분을 포함하고 있기 때문에 전고체 배터리만큼 에너지 밀도가 높지는 않습니다.
완전 솔리드 배터리: 고체 전해질을 완전히 사용하기 때문에 더 높은 에너지 밀도를 달성할 수 있으며, 잠재 에너지 밀도는 기존의 액체 전해질 배터리와 반고체 배터리를 훨씬 능가합니다.
제조 및 비용
반고체 배터리: 기존 액체 전해질 배터리 생산 라인에서 제조 공정의 일부를 사용할 수 있기 때문에 생산 공정이 비교적 간단하고 전고체 배터리보다 비용이 저렴합니다.
전고체 배터리: 제조 공정이 복잡하고 기술이 어렵습니다. 현재는 생산 비용이 높지만 기술의 발전과 대량 생산으로 비용이 감소할 것으로 예상됩니다.
반고체 배터리의 장점은 무엇인가요?
1. 높은 에너지 밀도
액체 리튬 이온 배터리의 에너지 밀도 상한은 일반적으로 약 300Wh/kg-400Wh/kg으로 알려져 있습니다. 고체 배터리의 이론적 에너지 밀도는 현재 가장 발전된 리튬 배터리 데이터의 거의 두 배에 달하는 700Wh/kg에 달합니다.
2. 온도 감쇠 문제 극복하기
고체 전해질은 반고체 배터리에 사용되며, 고체 전해질은 저온으로 인해 배터리 성능에 영향을 미치지 않습니다. 이는 순수 전기차의 겨울철 배터리 수명 감소 문제를 효과적으로 해결합니다.
3. 더 높은 안전성
반고체 배터리 또는 고체 배터리는 액체 물질이 없거나 액체 물질이 크게 줄어듭니다. 따라서 손상이나 펑크가 발생하면 자연 발화나 폭발을 효과적으로 방지할 수 있습니다.
4. 더 길어진 서비스 수명
이용 가능한 데이터에 따르면 현재 반고체 배터리는 실온에서 2,000회 사이클을 거친 후에도 85% 이상의 용량 유지율을 보입니다. 동일한 조건에서 일반 액체 배터리는 1,200 사이클 후 용량 유지율이 약 80%에 불과합니다.
반고체 배터리 기술은 어디에서 왔나요?
반고체 기술은 전고체 배터리 연구의 중간 단계에 해당하는 제품입니다. 솔리드 스테이트 배터리 는 규모, 상용화, 비용 측면에서 여전히 많은 문제를 안고 있습니다.
많은 배터리 회사들이 반고체 배터리의 연구 개발에 속도를 내기 위해 우선적으로 반고체 배터리를 선택합니다. 그럼에도 불구하고 여전히 전고체 배터리는 결국 상용화가 어려울 것이라고 생각하는 사람들이 있습니다, 반고체 배터리는 이미 전기차를 위한 궁극적인 솔루션입니다.
2023년 12월 17일, NIO는 150kwh 반고체 배터리를 사용하여 1,000km 주행거리 도전에 성공하는 모습을 라이브 스트리밍으로 공개했습니다.
현재 공개된 기술 정보에 따르면, 전고체 배터리에 사용되는 고체 전해질은 희귀 금속과 복잡한 공정에 의존하며, 이는 비용에 영향을 미치는 주요 원인입니다.
반고체 배터리는 약 20%의 공정에서만 성숙한 리튬 배터리와 차이가 있습니다. 기존 배터리 생산 라인의 전환을 기반으로 하며 더 빠르게 대량 생산할 수 있습니다. 따라서 경제성과 산업화 속도 측면에서 반고체 기술은 현재 기업에게 가장 적합한 기술입니다.
반고체 배터리의 작동 원리
모든 배터리와 마찬가지로 반고체 배터리는 양극과 음극 재료 사이의 화학 반응을 통해 전류를 방출합니다. 반고체 배터리는 일반적으로 젤에 가까운 전해질을 사용합니다. 기존 리튬 배터리에서 양극과 음극은 '에너지 창고'이고 전해질은 리튬 이온이 양극과 음극 사이를 자유롭게 이동할 수 있도록 하는 '채널'과 같은 역할을 합니다. 따라서 액체 배터리라고도 합니다.
반고체 배터리는 전극 재료에 혁신을 가져왔습니다. 미세한 리튬 화합물 입자와 액체 전해질을 혼합하여 형성된 '진흙'을 전극 재료로 사용합니다. 이 하이브리드 설계를 통해 배터리는 고체 배터리의 높은 안전성을 유지하면서 액체 배터리의 높은 이온 투과율을 가질 수 있습니다.
세미솔리드는 이미 상용화된 제품인가요?
일부 기업에서는 소규모 생산을 시작하여 가전제품과 전기 자동차에 적용하고 있습니다.
예를 들어, 중국 자동차 브랜드 Zhiji는 이번에 반고체 배터리를 출시했습니다. 공식 설명에 따르면 배터리에는 고체 전해질과 액체 전해질이 모두 포함되어 있습니다.
사실 반고체 배터리를 장착한 신에너지 자동차 회사는 지지가 처음은 아닙니다. 작년 말 NIO는 150kWh 반고체 배터리를 장착한 NIO ET7의 실주행 테스트를 실시했으며, 실제 주행 거리는 1044km를 넘어섰습니다.
하지만 아직 구매 가능한 반고체 배터리를 사용하는 애플리케이션은 없습니다. 2024년 4월에야 NIO는 150kwh 반고체 배터리 대여 이벤트를 시작했습니다.
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