대용량 배터리 혁신으로 유망한 기술 제공

새로운 열수 합성 방법은 오늘날의 음극(왼쪽)에서 흔히 사용되는 것보다 더 균일하고 둥글며 촘촘하게 포장된 입자(오른쪽)로 코발트가 없는 음극 물질을 만들어 배터리 충전 주기 전반에 걸쳐 더 높은 안정성을 유지합니다. 그림 제공: 오크리지 국립연구소

이 고속 자기 구동 모터는 네오디뮴과 같은 희토류 재료의 사용을 크게 줄입니다. 사진 제공 뉴사우스웨일스대학교

이 이미지는 리튬-황 배터리 셀에서 500회 충전-방전 주기 후 다공성 황 함유 중간층의 미세 구조 및 원소 매핑(실리콘, 산소 및 황)을 보여줍니다. 그림 제공: 아르곤 국립 연구소

ORNL(Oak Ridge National Laboratory) 엔지니어들은 리튬 이온 배터리에 사용할 수 있는 더 우수하고 저렴한 음극을 생산하기 위한 새로운 공정을 개발했습니다. 독성이 적은 재료를 사용하여 더 빠르고 낭비가 적은 공정을 통해 보다 저렴한 배터리를 만들 수 있습니다.

기존의 처리 방식에는 수많은 문제가 있습니다. 가장 큰 장애물 중 하나는 해외에서 채굴되고 정제되는 희귀 금속인 코발트에 의존한다는 것입니다.

음극에 흔히 사용되는 다른 금속의 균형으로 인해 제조 공정이 더 길어지고 더 위험해질 수도 있습니다. 예를 들어, 높은 니켈 농도로 인해 부식 반응을 위해 다량의 암모니아가 필요한 음극 생산을 위한 화학적 혼합 방법이 널리 사용되었습니다. 이 독성 화학 물질을 사용하면 비용이 증가하고 건강 및 환경에 대한 우려가 높아지며 산도를 줄이기 위해 많은 양의 물이 낭비됩니다.

새로운 ORNL 방법은 반응기에서 화학물질과 함께 음극 재료를 지속적으로 교반하는 대신 열수 합성 접근법을 사용합니다. 에탄올에 용해된 금속을 사용하여 음극을 결정화합니다. 에탄올은 암모니아보다 보관 및 취급이 더 안전하며 나중에 증류하여 재사용할 수 있습니다.

ORNL의 해당 프로젝트 수석 조사관인 Ilias Belharouak 박사는 "이 새로운 공정은 음극 산업을 더 깨끗하고 비용 경쟁력 있는 생산으로 전환하는 동시에 환경에 대한 부담을 줄이는 주요 이점을 제공합니다"라고 말했습니다.

열수합성법도 훨씬 빠르다. 입자를 만들고 다음 음극 배치를 준비하는 데 필요한 시간이 며칠에서 12시간으로 줄어듭니다.

ORNL 수석 연구원인 Rachid Essehli는 "게다가 생산된 물질은 음극에 이상적인 보다 균일하고 둥글며 촘촘하게 채워진 입자를 가지고 있습니다."라고 설명합니다. "그 특성이 오늘날의 코발트 기반 음극과 유사하기 때문에 새로운 소재는 기존 배터리 제조 공정에 원활하게 통합될 수 있습니다. 이 양극 소재는 더 많은 에너지를 제공하고 전기 자동차 배터리 비용을 낮출 수 있습니다."

새로운 열수 합성 방법은 오늘날의 음극(왼쪽)에서 흔히 사용되는 것보다 더 균일하고 둥글며 촘촘하게 포장된 입자(오른쪽)로 코발트가 없는 음극 물질을 만들어 배터리 충전 주기 전반에 걸쳐 더 높은 안정성을 유지합니다. 그림 제공: 오크리지 국립연구소

뉴사우스웨일스 대학교(UNSW 시드니)의 엔지니어들은 네오디뮴과 같은 희토류 물질의 사용을 크게 줄이는 자기 구동 모터를 개발했습니다. 고속 장치는 전기 자동차의 주행 거리를 늘릴 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

국내 최장의 철교 형상을 본뜬 IPMSM(실내영구자석동기전동기) 프로토타입 설계로 분당 10만 회전 속도를 달성했다. 모터가 달성하는 최대 출력과 속도는 적층형 IPMSM의 기존 고속 기록을 뛰어넘어 상용화된 적층형 소재로 제작된 세계에서 가장 빠른 IPMSM이 되었습니다.

모터는 매우 높은 전력 밀도를 생성할 수 있어 EV의 전체 중량을 줄이고 특정 충전에 대한 주행 거리를 늘리는 데 도움이 됩니다.

IPMSM에는 회전자 내에 자석이 내장되어 있어 확장된 속도 범위에 대해 강력한 토크를 생성합니다. 그러나 기존 설계는 로터의 얇은 철 브리지로 인해 기계적 강도가 낮아 최대 속도가 제한되는 문제가 있습니다.