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19세기부터 21세기까지: 고체 전지 역사의 놀라운 전환은 무엇인가?
고체 배터리(SSB)는 고체 전해질을 사용하여 전극 사이에 이온을 전도하는 배터리로, 액체 또는 콜로이드 폴리머 전해질을 사용하는 기존 배터리에 비해 더 높은 에너지 밀도를 제공할 수 있습니다. 19세기에 고체 전해질이 처음 발견된 이후 전고체 배터리는 수 세기에 걸쳐 발전과 도전을 거듭해 왔으며 마침내 21세기 초, 특히 전기 자동차(EV) 응용 분야에서 폭넓은 주목을 받았습니다.
역사적 유래
전고체 배터리의 기원은 마이클 패러데이(Michael Faraday)가 황화은과 불화납을 발견하여 고체 이온 전도의 기초를 마련했던 1831년으로 거슬러 올라갑니다. 시간이 지남에 따라, 특히 1960년대에 빠른 이온 전도성 β-보크사이트의 발견은 고체 배터리 기술에 대한 새로운 열정의 물결을 가져왔습니다. 이때 Ford Motor와 일본의 NGK는 에너지 밀도가 더 높은 액체 나트륨/β-보크사이트/황 배터리 시스템을 개발하기 시작했습니다.
20세기에서 21세기까지: 다운스트림 애플리케이션의 증가
과학기술의 발전과 함께 2011년 상온에서 액체전해질보다 우수한 고체전해질인 Li10GeP2S12(LGPS)가 세계 최초로 시연되면서 전고체전지 기술에 대한 자동차 업계의 관심이 다시 높아졌다. . Toyota와 Ford를 포함한 자동차 제조업체는 이 신흥 시장을 공략하기 위해 투자를 늘렸습니다. 2017년 리튬 배터리 공동 창업자인 존 굿이어(John Goodyear)는 유리 전해질을 기반으로 한 고체 유리 배터리를 시연하여 이 기술의 미래를 위한 길을 열었습니다.
"전고체 배터리의 잠재력은 더 높은 에너지 밀도뿐 아니라 안전성과 고성능에도 있습니다."
2020년 이후에는 QuantumScape 등의 신생 기업이 등장하면서 전고체 배터리 개발이 점차 가속화될 것입니다. 2021년 토요타는 2025년 전고체 배터리를 탑재한 하이브리드 모델을 출시하겠다는 계획을 발표해 엄청난 시장 잠재력을 보여줬다.
전고체전지 소재 및 기술
전고체 배터리 소재 선택에서는 리튬 오르토실리케이트, 유리, 황화물 등 세라믹이 주요 후보로 떠올랐다. 이들 소재의 장점은 더 높은 열 안정성과 이온 전도도를 제공한다는 점이다. 2023년 파나소닉은 드론용으로 특별히 설계된 전고체 배터리를 출시했는데, 이 배터리는 단 3분 만에 10%에서 80%까지 충전할 수 있습니다. 이 성과는 의심할 여지 없이 다양한 모바일 장치의 혁신을 촉진할 것입니다.
도전과 전망
전고체 배터리는 상당한 성능 이점을 제공하지만 광범위한 적용에는 비용, 내구성, 재료 안정성과 같은 문제에 직면해 있습니다. 박막전고체전지의 제조원가는 더욱 낮아져야 한다. 이를 위해 여러 기업에서는 효율적이고 저렴한 생산 방식을 적극적으로 모색하고 있다. 향후 몇 년 동안 주요 자동차 제조사들은 전고체 배터리의 기술적 병목 현상을 극복하기 위해 공동으로 연구 개발을 진행하기 시작했습니다.
"전고체 배터리의 미래는 기술 혁신과 인력 협력, 끈질긴 도전에 달려 있습니다."
시장 수요가 증가하고 기술이 성숙해짐에 따라 전고체 배터리의 적용 범위가 전기자동차부터 웨어러블 기술, 드론 등 다양한 분야로 확대되고 있습니다. 우리가 배터리 기술의 정점에 도달할 수 있는지 여부는 현재 우리가 직면한 많은 과제를 어떻게 해결하고 궁극적으로 상용화에 도달하는지에 달려 있습니다. 이는 전고체 배터리가 향후 20년 동안 우리의 일상 생활과 기술 환경을 어떻게 재정의할 것인지에 대해 생각하게 만듭니다.
