EV 배터리 혁신에는 일반적으로 새로운 화학, 이국적인 재료 또는 더 빠른 충전/더 높은 용량이 포함됩니다. 그러나 새로운 연구에 따르면 모든 복잡한 작업을 생략하고 매우 간단한 솔루션을 사용할 수 있다는 사실이 밝혀졌습니다. 케임브리지 대학의 연구원들은 배터리에 적절한 압력을 가하는 것이 실제로 도움이 된다는 사실을 발견했습니다.
이 연구는 물리적 압력이 리튬 이온 배터리 수명에 어떤 영향을 미치는지에 관한 것이었습니다. 이를 통해 셀을 일정한 압력으로 유지하면 수명이 두 배로 늘어날 수 있다는 사실이 밝혀졌습니다. 이 연구는 네이처 에너지(Nature Energy)에 게재되었으며, 연구팀은 활성 물질, 전해질 또는 기본 배터리 화학을 변경하지 않고 개선이 이루어졌다고 말합니다.
압력을 가하는 것이 어떻게 도움이 됩니까?
리튬 이온 배터리는 충전 및 방전 시 물리적으로 팽창하고 수축합니다. 케임브리지는 이 동작을 호흡에 비유합니다. 시간이 지남에 따라 반복되는 기계적 응력은 셀 내부의 성능 저하에 영향을 미칠 수 있습니다. 이를 연구하기 위해 연구원들은 자체 조정 에어 쿠션처럼 작동하는 공압 벨로우즈를 사용하여 리튬 이온 파우치 셀에 일정한 압력을 가하는 맞춤형 장치를 만들었습니다. 또한 이 설정에서는 사이클링 중 배터리 두께의 작은 변화도 측정했습니다.
핵심 발견은 압력 최적 지점이었습니다. 약 12.5bar 또는 대략 181psi에서 셀은 더 낮거나 높은 압력 수준에서 테스트한 셀보다 약 2배 더 오래 지속되었습니다. 간단히 말해서 배터리가 “숨을 쉬지” 못하게 한다는 뜻이지만, 놀라운 결과를 보기 위해 모든 EV 배터리를 부수어야 한다는 의미는 아닙니다. 압력을 잘 조절해야 합니다.
압력을 너무 많이 또는 너무 적게 가하는 것이 왜 나쁜가요?
이 연구에서는 압력에 따라 다양한 실패 모드가 있음을 발견했습니다. 압력이 너무 낮으면 음극 균열이 가속화됩니다. 압력이 너무 높으면 양극에 리튬 도금이 나타나 배터리 수명과 안전성에도 좋지 않습니다. 그래서 간단한 해결책보다 골디락스 문제가 있습니다. EV 배터리는 올바른 기계적 조건에서 유지하면 이점을 얻을 수 있지만, 시스템은 배터리가 팽창, 수축, 노화 및 모양 변화에 따라 압력을 일정하게 유지해야 합니다.
그런데 접근 방식이 흥미롭다. 화학적인 측면이나 다른 측면을 다루기보다는 기계 설계 관점에서 문제를 보고 있습니다. 이 연구는 아직 초기 단계이고 실험실 규모에서 테스트되었으므로 내년 EV에 자동으로 나타날 내용은 아닙니다. Cambridge는 Cambridge Enterprise를 통해 특허를 출원했으며 다음 과제는 상업용 배터리 팩에 대한 압력 제어 아이디어를 확장하는 방법을 찾는 것입니다.
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