전기차 혁신: 구조 배터리용 경량 복합소재 개발

전기차(EV) 개발 엔지니어들이 직면한 문제 중 하나는 모터에 동력을 공급하는 데 필요한 배터리의 질량입니다. 배터리는 무겁습니다. 이는 주행거리(EV에서 가장 요구되는 기능 중 하나)를 얻기 위해 충분한 배터리 용량이 필요하지만, 더 많은 배터리는 더 많은 질량을 의미하고 더 많은 질량은 주행거리를 감소시키는 악순환이 됩니다.

스웨덴 찰머스 공과대학 연구진은 이 문제의 해결책이 될 수 있는 배터리를 개발했습니다. 이 배터리는 에너지를 저장할 뿐만 아니라(24Wh/kg), 25GPa의 강성을 가진 구조적 지지체 역할도 수행합니다.

찰머스 교수이자 이 연구 프로젝트 리더인 레이프 아스프(스톡홀름 KTH 왕립공과대학과 협력)는 "이전 구조 배터리 시도는 우수한 기계적 특성 또는 우수한 전기적 특성 중 하나만 가진 셀을 결과로 낳았습니다. 하지만 여기서는 카본 파이버를 사용해 경쟁력 있는 에너지 저장 용량과 강성을 모두 갖춘 구조 배터리 설계에 성공했습니다."라고 말했습니다.

Advanced Energy and Sustainability Research (vol. 2, issue 3) 논문에서 아스프와 공동 저자들은 이 배터리를 설명합니다:

"구조 배터리 복합소재는 CF[카본 파이버] 음극과 알루미늄 필름 지지 양극이 GF[유리섬유] 세퍼레이터로 분리되고 SBE[구조 배터리 전해질] 매트릭스 소재에 있는 구조로 구성됩니다. 결과적으로 CFs는 Li의 호스트(즉, 활성 전극 소재) 역할을 하고 전자를 전도하며 소재를 보강합니다. 마찬가지로 양극 필름은 결합된 기계적, 전기적 기능을 제공합니다. SBE는 Li-이온 수송을 촉진하고 파이버, 입자, 플라이 간 기계적 하중을 전달합니다. 두 유형의 GF 패브릭 세퍼레이터(Whatman GF/A 및 GF 평직)가 세퍼레이터 두께와 구조, 소재 이방성이 다기능 성능에 미치는 영향을 조사하는 모델 소재로 사용됩니다."

현재 알루미늄 필름을 카본 파이버로 대체하고 더 얇은 유리섬유 세퍼레이터를 사용하는 새로운 구조 배터리 연구를 진행 중입니다.

아스프는 추가 연구로 에너지 밀도 75Wh/kg, 강성 75GPa의 배터리가 가능할 것으로 기대한다고 말했습니다.

"소비자 기술을 보면," 아스프는 말했습니다, "몇 년 내에 오늘날보다 절반 무게이고 훨씬 더 콤팩트한 스마트폰, 노트북, 전기 자전거 제조가 꽤 가능할 수 있습니다."