다가오는 11월 24일 수요일에 열리는 Driving into the Future의 최신 라운드 테이블에서는 캐나다 배터리 생산의 미래가 어떤 모습일지 논의할 것입니다. 당신이 2035년까지 모든 자동차가 전기 자동차가 될 것이라고 정말로 믿는 낙관론자이든, 아니면 야심 찬 목표를 달성하지 못할 것이라고 생각하든, 배터리 구동 자동차는 우리 미래의 중요한 부분입니다. 캐나다가 이 전기 혁명의 일부가 되기를 원한다면 우리는 미래에 자동차 전력 시스템의 선도적인 제조업체가 될 수 있는 방법을 찾아야 합니다. 미래가 어떤 모습일지 알아보려면 이번 주 수요일 오전 11시(동부 표준시)에 캐나다에서 열리는 최신 배터리 제조 원탁회의를 시청하세요.
전고체 배터리는 잊어버리세요. 실리콘 양극에 대한 모든 과대 광고에도 마찬가지입니다. 집에서 충전할 수 없는 자랑스러운 알루미늄-공기 배터리도 전기차의 세계를 뒤흔들 수는 없다.
구조적 배터리란 무엇입니까? 음, 이것은 좋은 질문입니다. 다행스럽게도 엔지니어링 전문 지식이 없는 척하고 싶지 않은 나에게는 대답이 간단합니다. 현재 전기차는 차량에 장착된 배터리로 구동된다. 아, 우리는 품질을 숨기는 새로운 방법을 찾았습니다. 모든 리튬 이온 배터리를 섀시 바닥에 내장하여 이제 EV 디자인과 동의어인 "스케이트보드" 플랫폼을 만드는 것입니다. 그러나 그들은 여전히 ​​​​차와 분리되어 있습니다. 원하는 경우 추가 기능.
구조형 배터리는 섀시 전체를 배터리 셀로 만들어 이러한 패러다임을 뒤집습니다. 꿈같은 미래에는 배터리가 아닌 하중을 지탱하는 바닥뿐만 아니라 차체의 특정 부분인 필러, 지붕, 심지어 연구 기관이 보여준 것처럼 가능합니다. 공기 필터 가압실에는 배터리가 장착되어 있을 뿐만 아니라 실제로 배터리로 구성됩니다. 위대한 마샬 맥루한(Marshall McLuhan)의 말에 따르면 자동차는 배터리입니다.
현대 리튬 이온 배터리는 첨단 기술처럼 보이지만 무겁습니다. 리튬 이온의 에너지 밀도는 휘발유에 비해 훨씬 낮기 때문에 화석 연료 차량과 동일한 주행 거리를 달성하려면 현대 EV의 배터리가 매우 큽니다. 매우 큽니다.
더 중요한 것은 무겁다는 것입니다. 예를 들어 "넓은 부하"가 무겁습니다. 현재 배터리의 에너지 밀도를 계산하는 데 사용되는 기본 공식은 리튬 이온 1kg이 약 250와트시(Wh)의 전기를 생성할 수 있다는 것입니다. 또는 약어로 표현하면 엔지니어는 250Wh/kg을 선호합니다.
계산해 보면 100kWh 배터리는 Model S 배터리에 연결된 Tesla와 같습니다. 이는 어디를 가든지 약 400kg의 배터리를 끌게 된다는 의미입니다. 이것은 가장 좋고 효율적인 응용 프로그램입니다. 일반인의 경우 100kWh 배터리의 무게가 약 1,000파운드라고 추정하는 것이 더 정확할 수 있습니다. 반 톤 정도.
이제 최대 213kWh의 온보드 전력을 가지고 있다고 주장하는 새로운 Hummer SUT와 같은 것을 상상해 보십시오. 장군이 효율성 면에서 획기적인 발전을 이루었다고 해도, 최고 수준의 Hummer는 여전히 약 1톤의 배터리를 끌고 다닐 것입니다. 예, 더 멀리 주행할 수 있지만 이러한 모든 추가 이점으로 인해 주행 거리 증가는 배터리가 두 배로 늘어나는 것과 비례하지 않습니다. 물론 트럭에는 그에 걸맞은 더 강력한, 즉 덜 효율적인 엔진이 있어야 합니다. 더 가볍고 더 짧은 범위의 대안의 성능. 속도든 연비든 모든 자동차 엔지니어가 말하듯이 무게는 적입니다.
여기에 구조적 배터리가 등장합니다. 기존 구조에 배터리를 추가하는 대신 배터리로 자동차를 제작하면 추가된 무게의 대부분이 사라집니다. 어느 정도, 즉 모든 구조적 요소를 배터리로 전환할 때 자동차의 항속거리를 늘려도 무게 감소는 거의 없습니다.
여러분이 예상한 대로 – 여러분이 거기 앉아 “정말 좋은 아이디어다!”라고 생각하고 있다는 것을 알고 있기 때문에 – 이 영리한 해결책에는 장애물이 있습니다. 첫 번째는 기본 배터리의 양극과 음극으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라 충분히 강하고 매우 가벼운 재료로 배터리를 만드는 능력을 익히는 것입니다! - 2톤짜리 자동차와 승객을 지탱할 수 있는 구조로 안전할 것으로 기대된다.
당연히 Chalmers University of Technology에서 제조하고 스웨덴의 가장 유명한 두 공과 대학인 KTH Royal Institute of Technology에서 투자한 현재까지 가장 강력한 구조용 배터리의 두 가지 주요 구성 요소는 탄소 섬유와 알루미늄입니다. 기본적으로 탄소 섬유는 음극으로 사용됩니다. 양극은 인산철리튬 코팅 알루미늄 호일을 사용합니다. 탄소섬유는 전자도 전도하기 때문에 무거운 은이나 구리가 필요하지 않습니다. 음극과 양극은 전해질을 포함하는 유리 섬유 매트릭스로 분리되어 있어 전극 사이에 리튬 이온을 전달할 뿐만 아니라 둘 사이의 구조적 부하를 분산시킵니다. 이러한 각 배터리 셀의 공칭 전압은 2.8V이며, 현재의 모든 전기 자동차 배터리와 마찬가지로 이를 결합하여 일상적인 전기 자동차에 일반적으로 사용되는 400V 또는 심지어 800V를 생성할 수 있습니다.
이는 분명한 도약이지만 이러한 하이테크 셀조차도 전성기를 맞이할 준비가 전혀 되어 있지 않습니다. 에너지 밀도는 킬로그램당 25와트시로 무시할 수 있는 수준이고, 구조적 강성은 25기가파스칼(GPa)로 프레임 유리 섬유보다 약간 더 강합니다. 그러나 스웨덴 국립 우주국(Swedish National Space Agency)의 자금 지원으로 최신 버전은 이제 알루미늄 호일 전극 대신 더 많은 탄소 섬유를 사용합니다. 연구원들은 이 전극이 강성과 에너지 밀도를 가지고 있다고 주장합니다. 실제로 이러한 최신 탄소/탄소 배터리는 킬로그램당 최대 75와트시(Wh)의 전력과 75GPa의 영률을 생산할 것으로 예상됩니다. 이러한 에너지 밀도는 기존 리튬 이온 배터리에 비해 여전히 뒤떨어질 수 있지만 구조적 강성은 이제 알루미늄보다 우수합니다. 즉, 이들 배터리로 만든 전기차 섀시 대각선 배터리는 구조적으로는 알루미늄으로 만든 배터리만큼 강할 수 있지만 무게는 크게 줄어들게 된다.
이러한 첨단 배터리의 첫 번째 사용은 거의 확실히 가전제품입니다. Chalmers 교수 Leif Asp는 "몇 년 안에 현재 무게의 절반에 불과하고 더 컴팩트한 스마트폰, 노트북 또는 전기 자전거를 만드는 것이 전적으로 가능합니다."라고 말했습니다. 그러나 프로젝트 담당자가 지적했듯이 "우리는 여기서 우리의 상상력에 의해서만 제한됩니다."
배터리는 현대 전기 자동차의 기초일 뿐만 아니라 가장 약한 고리이기도 합니다. 가장 낙관적인 예측이라도 현재 에너지 밀도의 두 배밖에 볼 수 없습니다. 우리 모두가 약속한 놀라운 주행 거리를 얻고 싶은데 매주 누군가가 충전당 1,000km를 약속하는 것 같다면 어떻게 될까요? — 우리는 자동차에 배터리를 추가하는 것보다 더 잘해야 할 것입니다. 우리는 배터리로 자동차를 만들어야 할 것입니다.
전문가들은 코퀴할라(Coquihalla) 고속도로를 포함해 일부 파손된 도로를 임시로 수리하는 데 몇 달이 걸릴 것이라고 말합니다.
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