재생 가능 에너지의 필요성 및보다 지속 가능한 미래와 함께 기후 변화 및 온실 가스 배출은 세계 경제를 전기 이동성으로 이끌고 있습니다. 성공하려면 EV (전기 자동차) 채택 및 기타 진행중인 전기 화 프로세스에보다 효율적이고 비용 효율적이며 안전한 배터리를 사용할 수 있어야합니다. 지난 몇 년 동안 주로 배터리 화학, 새로운 화학 공식, 리튬-황 및 리튬-금속 배터리와 같은 신소재에 중점을 두어 차세대 배터리를 만들기 위해 막대한 노력과 투자가 이루어졌습니다.
이스라엘 / 영국 스타트 업인 Addionics는 화학 대신 물리학에 초점을 맞춘 다른 회사와 다른 접근 방식을 따랐습니다. Addionics의 화학적 불가지론 적 접근 방식은 배터리 셀의 혁신적인 물리적 설계를 통해 배터리 물리학에 새로운 기술을 도입하면서 화학 발전의 이점을 계속 누릴 수 있음을 의미합니다. 새로운 배터리 아키텍처는 배터리 화학을 변경하지 않고도 다양한 차원에서 상당한 성능 향상을 달성합니다.
Addionics의 CTO인 Vladimir Yufit는 "오늘날의 배터리 전극은 음식을 포장하는 데 사용하는 일반 알루미늄 호일과 유사한 매우 얇은 호일 필름을 사용하여 제조됩니다."라고 말했습니다. “그들의 목적은 배터리 활성 물질로부터 전류를 수집하는 것이며 이 접근 방식은 수십 년 동안 동일했습니다. 우리의 아이디어는 이 얇은 호일을 다른 디자인과 구조로 XNUMX차원으로 만드는 것이었습니다. 이 회사의 초점은 이러한 XNUMX차원 다공성 금속 전극을 설계하고 제조하며, 이를 기반으로 배터리를 만드는 것입니다. technology. "
Addionics는 기존의 2D 층 전극 구조를 통합 3D 구조로 대체하여 배터리 성능을 획기적으로 향상시키고 비용과 충전 시간을 줄이면서 배터리의 전력 밀도와 에너지를 높일 수있는 기술을 개발했습니다. 특허를받은 확장 가능한 3D 금속 제조 방법은 내부 저항을 최소화하고 기계적 수명, 열 안정성 및 표준 배터리에서 볼 수있는 기타 일반적인 제한 및 저하 요인을 개선합니다.
오늘날의 배터리는 에너지 대 전력 절충에 직면 해 있습니다. 더 많은 에너지를 저장하거나 더 빨리 충전 및 방전 할 수 있습니다. EV 애플리케이션의 경우 이는 장거리 및 고속 충전을 동시에 제공 할 수있는 배터리가 없음을 의미합니다. 현재 배터리 기술과 관련된 또 다른 문제는 소위 양극-음극 불일치입니다. 리튬 이온 배터리 화학의 최신 발전은 순수한 흑연 대신 배터리 양극에 실리콘을 사용하는 것을 포함합니다.
안타깝게도 오늘날 지배적 인 음극 화학은 높은 양극 에너지 수준과 일치하지 않아 이러한 새로운 기술의 도입을 제한합니다. Addionics는 셀을 재 설계하여이 두 가지 주요 문제에 대한 솔루션을 제공합니다. 또한 Addionics 기술은 양극과 음극 모두에 적용될 수 있으며, 이는 고급 아키텍처를 사용하여 더 두껍고 더 높은 에너지 음극을 구축 할 수 있음을 의미합니다. 이러한 3D 구조를 가진 음극은 더 높은 에너지를 가지며 새로운 고 에너지 양극 기술의 용량과 일치합니다.
“우리의 솔루션은 화학이 아닌 물리학 적 접근 방식을 취합니다. 즉, 거의 모든 종류의 배터리 화학 물질로 작업 할 수 있으며 새로운 규정이나 새로운 재료에 맞게 기술을 조정할 수 있습니다.”라고 Yufit은 말했습니다.
기존 배터리 화학은 3D 전극을 사용하여 성능을 향상시킬 수 있으며, 새롭게 등장하는 고급 화학은 3D 구조를 통해 구현 문제를 극복 할 수 있습니다. Addionics는 이미 다양한 유형의 화학 물질을 사용하는 3D 전극의 장점을 입증했습니다.
그림 1 : Addionics의 3D 셀 설계 (출처 : Addionics)
다공성 금속 전극
Addionics의 기본 아이디어는 고전적인 금속 호일을 대체하는 다공성 3D 전극을 만드는 것입니다. 이러한 방식으로 전극 자체의 외부 표면을 크게 증가시켜 세포 기능에 긍정적 인 결과를 얻을 수 있습니다. 3D 구조를 가지면 전해질 수송이 향상되고 결과적으로 내부 저항이 낮아집니다. 그림 1은 기존 배터리 구조 (왼쪽)와 Addionics의 3D 셀 설계 (오른쪽)를 비교 한 것입니다.
기존 배터리 구조에서는 양극 및 음극 구조의 2D 금속 호일에 활물질 (검정색과 보라색)이 코팅 된 반면, Addionics의 3D 셀 설계 (3D 전극)에서는 활물질이 포함 된 통합 전극이 3D 금속 내부에 내장되어 있습니다. 3D 전극 설계로 이동함으로써 배터리는 에너지 밀도 증가, 내부 저항 감소, 더 나은 열 방출 및 더 높은 기계적 안정성으로 인한 안전하고 오래 지속되는 성능의 세 가지 주요 성능 향상을 달성 할 수 있습니다.
Addionics가 발명 한 다공성 구조는 전극의 기능에 영향을주지 않으면 서 성능을 향상시켜 충전에 사용되는 전력이 증가하더라도 균일하고 안정적으로 유지됩니다. 즉, 3D 전극을 사용하면 리튬 이온 배터리가 두 배 더 오래 지속되고 더 빠르게 충전되며 EV의 범위를 늘릴 수 있습니다. 그림 2는 3D 전극이 배터리 수명을 늘리는 방법을 보여줍니다. 첫 번째 Addionics (녹색) 파우치 셀 프로토 타입은 호일 (검은 색)을 기반으로 한 표준 셀에 비해 용량 저하가 2,000 %에 불과한 20 회 이상의주기를 보여주었습니다.
그림 2 : Addionics의 3D 전극 기술은 배터리 수명을 증가시키는 것으로 입증되었습니다. (출처 : Addionics)
Addionics는 또한 시장 경쟁력있는 비용으로 3D 구조를 생성 할뿐만 아니라 비용을 낮출 수있는 혁신적인 제조 방식을 개발했습니다. 3D 금속 구조의 설계를 최적화하기 위해 Addionics는 최적의 구조를 생성하도록 제조 공정을 안내하는 고급 AI 기반 배터리 모델링 소프트웨어를 개발했습니다. 마지막으로, 3D 배터리 구조를 대규모로 성공적으로 구현하려면 3D 금속 구조를 균일하게 코팅 할 수있는 새로운 코팅 공정을 개발해야합니다.
Addionics는 EV 및 파워 트레인 개발 작업을하는 회사를 포함하여 배터리를 개발하기 위해 대기업과 파트너십을 맺고 있습니다. “우리의 야심 찬 목표는 모든 전기 자동차에 배터리를 장착하는 것입니다.”라고 Yufit은 말했습니다. “우리의 기술은 OEM에 의해 활용 될 수 있지만, 우리의 응용 제품은 소비자 전자 제품에서도 유용 할 수 있습니다. 이러한 장치는 매우 좁은 공간 제한으로 인해 더 적은 수의 배터리를 사용할 수 있기 때문에 더욱 중요 할 수 있습니다. 우리는 현재 실리콘, LFP [리튬 철 인산염] 및 고체 상태의 세 가지 주요 배터리 화학에서 에너지 밀도를 개선하는 데 초점을 맞추고 있습니다.”
이 기사는 원래 자매 간행물 인 Power Electronics News에 게시되었습니다.