배터리(Battery) 기술은 오랜 시간 동안 발전해 왔습니다. 드론(drones) 및 스마트폰 과 같은 장치는 첨단 현대 배터리 기술 없이는 비실용적입니다.
그러나 배터리는 항상 더 좋을 수 있습니다!
솔리드 스테이트 배터리는 다음으로 큰 발전으로 보이며 이를 사용하는 제품이 곧 출시될 것입니다. 이것은 지금이 그것들이 무엇인지 그리고 왜 그것이 중요한지 자신에게 익숙해질 완벽한 시간이라는 것을 의미합니다.
"솔리드 스테이트"는 무엇을 의미합니까?
자동차 납축 배터리, 알카라인 일회용 배터리, 휴대전화의 리튬 폴리머 배터리(lithium polymer batteries) 등 모두 액체 전해질을 사용합니다. 전해질은 배터리의 두 내부 단자를 연결하는 전도성 물질입니다. 전자는 전해질을 통해 흐르고 배터리는 전하를 축적하거나 방전할 수 있습니다.
전고체 배터리는 기존의 액체 전해질 대신 고체 전해질을 사용합니다. 이것이 두 배터리 기술 간의 유일한 근본적인 차이점입니다. 간단해 보이지만 엔지니어와 과학자들은 전해질 역할을 할 수 있는 고체 물질을 찾기 위해 수십 년 동안 고군분투해 왔습니다.
솔리드 (Hard)스테이트(Solid State) 배터리 의 단점 은 무엇입니까 ?
세라믹 및 리튬 금속과 같은 다양한 재료는 고체 상태 전해질로서의 가능성을 제공합니다. 문제는 세라믹 접근 방식으로 인해 배터리 성능이 저하되었다는 것입니다. 리튬 금속은 유망하지만 치명적인 결함이 있습니다. 배터리가 충전 및 방전됨에 따라 금속 "수지석"이 전해질을 통해 성장합니다. 배터리가 합선되어 위험할 수 있습니다.
이러한 문제에 대한 실용적이고 경제적으로 실행 가능한 솔루션을 찾는 것은 지난 몇 년 동안 여러 회사와 연구팀의 사명이었습니다. 이제 그 일이 결실을 맺으려 합니다.
왜이 모든 어려움을 겪고 있습니까? 솔리드 스테이트 배터리가 기존 배터리에 비해 약속하는 이점을 살펴보겠습니다.
안전
배터리는 많은 양의 에너지를 저장하며 이 에너지가 통제되지 않은 방식으로 방출될 수 있는 위험이 항상 있습니다. 그런 일이 발생하면 화재, 폭발 및 기타 원치 않는 결과가 발생할 수 있습니다. 솔리드 스테이트 배터리는 덴드라이트 문제가 해결된다는 가정 하에 더욱 안전하고 안정적입니다. 우선, 그들은 가연성이 아니므로 배터리 화재는 과거의 일이 되어야 합니다.
이는 자동차와 드론과 같은 전기 자동차뿐만 아니라 스마트폰, 노트북과 같은 개인 전자기기에도 중요합니다. 매년 많은 사람들이 전자 기기의 배터리 화재로 부상을 입습니다. 그 결과 집 전체가 불에 탔습니다!
재충전 속도
최신 리튬 배터리는 놀라운 속도(charge at impressive speeds) 로 충전할 수 있지만 여전히 충전하는 데 오랜 시간이 걸립니다. 모든 것이 옆으로 가기 전에 기존 리튬 이온 배터리에 부을 수 있는 에너지의 양에는 한계가 있습니다. 솔리드 스테이트 배터리는 현재 우리가 사용하는 배터리보다 6배 더 빠르게 충전할 수 있습니다. 즉, 5분 만에 휴대폰을 완전히 charging an electric car to 80% in 15 수 있습니다.
에너지 용량 및 크기
리튬(Lithium) 이온 배터리는 현재 대중에게 판매되는 배터리 유형 중 에너지 밀도가 가장 높습니다. 그러나 여전히 가솔린보다 밀도가 몇 배나 낮습니다. 솔리드 스테이트 배터리는 배터리를 가스와 동등하게 만들지 못하지만 부피당 에너지 밀도의 두 배 이상을 약속합니다.
즉, 솔리드 스테이트 모델을 사용하여 휴대 전화의 배터리를 교체하면 크기가 커지지 않고 이론적으로 두 배 더 오래 사용할 수 있습니다. 이것은 전기 자동차의 또 다른 큰 판매 포인트이며, 주행 거리에 대한 불안 때문에 가능한 한 인기가 없습니다.
수명 및 내구성
현재 대부분의 리튬 이온 배터리는 약 500번의 완전 충전-방전 주기 후에 성능이 저하되기 시작합니다. 그 시점 이후에 배터리는 거의 충전을 유지할 수 없을 때까지 용량을 잃기 시작 합니다. (battery begins to lose its capacity)이제 밀폐형 배터리를 사용하는 경향이 있는 스마트폰에서는 이로 인해 기기 수명이 크게 제한됩니다. 솔리드 스테이트 배터리는 그 한계를 크게 높일 것을 약속합니다. 무려 5배나 됩니다.
따라서 일상적으로 사용하는 일반적인 전화 배터리는 2~3년 후에 성능이 저하되기 시작할 수 있지만 솔리드 스테이트 배터리는 최대 15년 동안(fifteen years) 정격 용량을 유지 합니다. 배터리 교체 비용이 매우 많이 드는 전기 자동차의 경우 이 등급 차량의 소유 비용에 극적인 영향을 미칠 수 있습니다.
솔리드 스테이트 배터리 약점
이 모든 것이 사실이라고 하기에는 너무 좋게 들린다면 기술에 몇 가지 주의 사항이 있습니다. 이들 중 일부는 솔리드 스테이트 배터리 기술이 널리 채택되기 전에 해결해야 합니다.
- 비용(Cost ) 은 아마도 가장 큰 적일 것입니다. 연구팀(Research) 과 신생 기업은 이러한 배터리의 생산 공정을 더 저렴하고 확장 가능하게 만들기 위해 열심히 노력하고 있습니다. 일부 회사는 폐쇄적이라고 주장하지만 이 배터리가 포함된 제품의 실제 가격을 볼 때까지는 그들이 얼마나 성공적이었는지 알 수 없습니다.
- 이 배터리는 낮은 온도(struggle at low temperatures) 에서도 문제가 있습니다. 따라서 이를 절연하거나 양호한 작동 온도로 유지하는 것과 관련된 솔루션이 과제의 일부입니다.
솔리드 스테이트(Solid State) 배터리 는 언제 구입할 수 있습니까 ?
솔리드 파워( Solid Power(Solid Power) ) 및 QuantumScape 와 같은 몇몇 회사 는 상업용 솔리드 스테이트 배터리 애플리케이션의 정점에 있다고 주장합니다.
Toyota 는 빠르면 (Toyota)2021 년(2021) 에 솔리드 스테이트 배터리 전기 자동차 를 판매할 계획 입니다 . Solid Power 와 QuantumScape 는 각각 2022년과 2024년에 차량용 배터리 출시를 목표로 하고 있습니다. 이것은 앞으로 몇 년 안에 우리가 배터리 혁명의 시작점에 서 있을 수 있다는 것을 의미합니다.
그래핀을 사용하여 얻을 수 있는 가능성에 대해 알아보기 전입니다. 이 놀라운 재료는 액체 전해질이든 고체 전해질이든 관계없이 더 나은 배터리를 약속합니다. 그래핀이 공놀이를 하게 하는 것은 과학자와 엔지니어들이 예상했던 것보다 오래 동안 회피했지만 지금 당장 하이브리드 그래핀 파워뱅크(hybrid graphene powerbank) 를 구입할 수 있습니다 . 진실로(Truly) , 미래가 여기에 있습니다.
What Are Solid State Batteries and Why Are They Important?
Battery technology has come a long way ovеr the years. Gadgets like drones and smartphones would be impractical without advanced modern battery technology.
However, batteries could always be better!
Solid state batteries seem to be the next big advancement and products that use them are around the corner. This means now is the perfect time to familiarize yourself with what they are and why they’re important.
What Does “Solid State” Mean?
Whether it’s a lead acid car battery, alkaline disposables, or lithium polymer batteries in a phone, they all use a liquid electrolyte. The electrolyte is a conductive substance that connects the two internal terminals of the battery. Electrons flow through the electrolyte, allowing the battery to either build up an electrical charge or to discharge it.
A solid state battery uses a solid electrolyte, instead of the traditional liquid electrolyte. That’s the only fundamental difference between the two battery technologies. It sounds simple enough, but engineers and scientists have been struggling for decades to come up with a solid material that can act as an electrolyte.
What’s Hard About Solid State Batteries?
Various materials, such as ceramics and lithium metals, offer potential as solid state electrolytes. The problem is that the ceramic approach has resulted in poor battery performance. Lithium metals are promising, but have a fatal flaw. As the battery is charged and discharged, metal “dendrites” grow through the electrolyte. The battery can short-circuit and turn into a hazard.
Finding practical and economically viable solutions to these issues has been the mission of several companies and research teams over the past few years. Now that work is about to pay off.
Why go through all this trouble? Let’s look at the benefits that solid state batteries promise over traditional ones.
Safety
Batteries store large amounts of energy and there’s always a danger that this energy can be released in an uncontrolled way. When that happens, it can mean fire, explosions and other unwanted outcomes. Solid state batteries, assuming the dendrite issue is resolved, promise to be safer and more stable. For one thing, they aren’t flammable, so battery fires should be a thing of the past.
This is not only important for electric vehicles such as cars and drones, but also for personal electronics such as smartphones and laptops. Many people are injured every year by battery fires in their electronic gadgets. Entire houses have been burned to the ground as a result!
Recharge Speed
Modern lithium batteries can charge at impressive speeds, but they still take a long time to fill up. There’s a limit to how much energy you can pour into a traditional lithium ion battery before it all goes sideways. Solid state batteries promise to charge as much as six times faster than the batteries we currently use. That means charging up your phone from empty to full in five minutes or charging an electric car to 80% in 15.
Energy Capacity and Size
Lithium ion batteries currently have the highest energy density of any battery type sold to the public. Yet it’s still many times less dense than gasoline. While solid state batteries don’t bring batteries up to par with gas, it does promise to more than double the energy density per volume.
In other words, if you changed the battery in your phone using a solid state model, it could theoretically run twice as long without increasing in size. This is yet another big selling point for electric vehicles, which aren’t as popular as they could be, thanks to range anxiety.
Lifespan and Durability
Most current lithium ion batteries start to degrade after about 500 full charge-discharge cycles. After that point the battery begins to lose its capacity until it can barely hold a charge at all. In smartphones, which now tend to have sealed batteries, this puts a hard limit on device lifespan. Solid state batteries promise to greatly increase that limit. As much as five times.
So, where a typical daily-use phone battery might start to degrade after two to three years, a solid state battery would remain at its rated capacity for up to fifteen years. In electric cars, where the replacement of batteries is extremely costly, that could have a dramatic effect on the cost of ownership for this class of vehicles.
Solid State Battery Weaknesses
If this all sounds too good to be true, there are a few caveats to the technology. Some of these still need to be solved before widespread adoption of solid state battery technology is achieved.
- Cost is perhaps the greatest foe. Research teams and startup companies are working hard on making the production process for these batteries cheaper and scalable. Some companies claim to be close, but we won’t know how successful they’ve been until we see the actual prices on products with these batteries.
- These batteries also struggle at low temperatures. Therefore, solutions that involve insulating them or keeping them at a good operational temperature are part of the challenge.
When Can You Buy Solid State Batteries?
There are a few companies like Solid Power and QuantumScape, which claim to be at the cusp of commercial solid state battery applications.
Toyota plans to have solid state battery electric vehicles for sale as early as 2021. Both Solid Power and QuantumScape are aiming for a rollout of batteries for vehicles in 2022 and 2024 respectively. This means that in the next couple of years we could be right at the start of a battery revolution.
That’s before we even get into the possibilities that come from using graphene. This wonder material promises even better batteries, whether they have liquid or solid electrolytes in them. Getting graphene to play ball has eluded scientists and engineers for longer than expected, but you can already buy a hybrid graphene powerbank right now. Truly, the future is here.
