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가스너 전지 이후 충전에 대해 수요가 증가해 납축전지가 등장하고
니켈 카드뮴 – 니켈 철 – 리튬이온배터리로 이어지게 됩니다.
가볍고 고용량인데다 친환경적인 리튬이온배터리에 대해 알아보시죠😍
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납산 배터리 vs. 리튬 배터리 : 전동 지게차에 가장 적합한 배터리 …
리튬 이온 배터리는 납산의 경우 100 % 미만으로 80 % 방전됩니다. … 납 축전지와 달리 리튬 이온 배터리를 정기적으로 완전히 충전하지 못하더라도 배터리가 손상 …
Source: www.lithiumforkliftbattery.com
Date Published: 2/23/2022
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납 축전지와 리튬 전지의 차이점
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Source: ko.chilweebattery.com
Date Published: 3/10/2021
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Top 5 납축전지 리튬이온전지 비교 24670 Votes This Answer
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Source: 1111.com.vn
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리튬 이온 배터리 또는 납산 배터리? – Microtex
그리고 안전, 폐기 및 탄소 발자국에 대한 숨겨진 비용이 있습니다. 이 기사에서는 납축전지와 리튬 이온 배터리 를 비교하고 이 두 가지 화학 …
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지금부터 리튬이온전지 시대? 꾸준히 성장하는 납축전지 시장!
이게 바로 세계 최초의 화학전지, 볼타전지입니다. 1차 전지와 2차 전지의 차이. 1차 전지와 2차 전지의 차이. 배터리는 크게 두 종류로 나눌 …
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12V 납축전지는 퇴출되는가?
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기존전지와 리튬이온배터리 비교 – SB 유니버스
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Source: sbuniverse.tistory.com
Date Published: 12/2/2021
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배터리 종류 특징,납축전지(납산배터리),리튬이온(인산철,니켈 …
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Date Published: 4/21/2021
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주제에 대한 기사 평가 납축전지 리튬이온전지 비교
- Author: 삼성SDI
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- Date Published: 2021. 4. 29.
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2차전지 시장, 납축전지 가고 리튬이온배터리 온다
(서울=연합뉴스) 현혜란 기자 = 충전해서 다시 사용할 수 있는 배터리, 즉 2차전지 시장 구조에 변화 조짐이 보인다.
기존 2차전지 시장은 납축전지가 대세를 이루고 있었으나, 최근 리튬이온 배터리로 갈아타는 움직임이 뚜렷하다.
15일 시장조사기관 B3와 관련 업계에 따르면 지난해 납축전지 시장 규모는 320억 달러(34조원)로, 리튬이온 배터리 시장의 2배에 이른다.
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이 가운데 리튬이온 배터리로 대체하는 시장 규모는 올해 기준 약 15억 달러(1조6천억원)다. 2020년에는 대체 시장규모가 68억 달러(7조원)로 커질 전망이다.
특히 에너지저장장치(ESS) 시장에서는 올해부터 납축전지 규모는 줄고 리튬이온 배터리 규모는 커져 2018년에 이르면 역전될 것으로 업계는 보고 있다.
납축전지 ESS는 연평균 3.5%씩 역성장하는 반면, 리튬이온 배터리 ESS는 연평균 45.7%씩 성장한다는 게 업계의 관측이다.
지난해 리튬이온 배터리 ESS 시장 규모는 11억8천만 달러(1조2천억원)였지만, 2018년까지 94억1천만 달러(9조7천억원)로 늘어날 전망이다.
반면 납축전지 ESS 시장규모는 지난해 108억 달러(11조2천만원)에서 점차 줄어 2018년 76억1천만 달러(7조9천억원)로 축소들 것이라는게 업계의 분석이다.
ESS 외에도 리튬이온 배터리로 대체 가능한 납축전지 시장은 무궁무진하다.
실제로 삼성SDI[006400]는 그간 납축전지가 장악해 온 전기자전거와 골프 카트 시장에 진출하는 데 성공했다.
알톤스포츠[123750] 전기자전거, 대구컨트리클럽 골프장 골프 카트 등에는 삼성SDI의 리튬이온 배터리가 장착됐다.
리튬이온 배터리가 주목받는 이유는 납축전지보다 성능이 뛰어나기 때문이다.
리튬이온 배터리는 납축전지 대비 에너지 밀도가 높고 출력이 우수한데다 수명도 길다. 부피는 4분의 1 수준으로 작으며, 무게는 5분의 1 수준으로 가볍다.
또 납축전지 보관온도는 20∼25℃이지만, 리튬이온배터리는 0∼40℃ 사이에서 자유롭게 사용 가능하다. 즉, 냉난방 비용을 아낄 수 있다는 장점이 있다.
이러한 장점에도 아직까지 납축전지가 널리 쓰이는 이유는 가격이 리튬이온 배터리보다 4분의 1 수준으로 저렴한 탓이다.
배터리 업계에서는 기술개발과 원가 절감 노력으로 납축전지와 리튬이온 배터리 가격 격차를 줄여나가고 있다.
제보는 카카오톡 okjebo <저작권자(c) 연합뉴스, 무단 전재-재배포 금지>
납산 배터리 vs. 리튬 배터리 : 전동 지게차에 가장 적합한 배터리는?
2020 / 06 / 02 | 리튬 지게차 배터리 | 0
무엇보다도 변화는 일반적으로 회의적으로 간주됩니다. 납 산은 150 년 동안 넘쳐 흐르는 곳이었습니다. 대부분의 산업은 새롭고 변화하는 기술에 적응하는 데 필요한 변화와 업그레이드를 싫어합니다. 그러나 속담이 있기 때문에 변함없는 것은 변화입니다. 무게, 위험한 산성 염기 및 오래된 효율성으로 납산을 끝낼 때입니다.
지게차 차량에 배터리를 사용하는 기업의 가장 중요한 특성 중 하나는 배터리의 수명입니다. 사용하는 동안 배터리가 얼마나 오래 지속되는지는 회사 운영 중에 중요한 역할을합니다. 비즈니스의 수익과 관련된 경우 효율성이 중요합니다. 리튬 이온 대 납산 배터리 수명
리튬 이온 또는 납산 축전지 수명이 차량에 더 적합할지 여부를 측정 할 때 두 가지 가장 큰 차이점은 다음과 같습니다.
사용 시간
리튬 이온 배터리와 납산 배터리 사이에는 일상적인 작동 중 배터리 수명에 큰 차이가 있습니다.
납축 전지 단점
1) 제한된 “사용 가능한”용량 :
일반적으로 일반적인 납축 “딥 사이클”배터리 정격 용량의 30 %-50 % 만 사용하는 것으로 간주됩니다. 이는 실제로 600 암페어 시간 배터리 뱅크가 실제 용량의 기껏해야 300 암페어 시간 만 제공한다는 것을 의미합니다.
가끔 배터리를 아주 많이 소모하면 수명이 크게 단축 될 것입니다.
2) 제한된 수명
배터리를 쉽게 사용하고 과도하게 소모하지 않도록주의하더라도 가장 단순한 딥 사이클 납축 배터리도 일반적으로 500-1000 사이클 동안 만 좋습니다. 배터리 뱅크를 자주 사용한다면 2 년이 지나도 배터리를 교체 할 수 있습니다.
3) 느리고 비효율적 인 충전
납 축전지의 일반적인 충전 및 사용주기는 8 시간 사용, 8 시간 충전, 3 시간 휴식 또는 진정입니다. 이는 납 축전지가 하루에 한 번만 사용할 수 있음을 의미합니다. 기업이 근로자를 고용하여 XNUMX ~ XNUMX 교대를 숨기면 납 축전지를 교체해야합니다. 즉, 차량 또는 키트 한 개당 XNUMX ~ XNUMX 개의 배터리가 필요합니다 (교대 당 XNUMX 개).
소프트웨어 개발 프로젝트와 마찬가지로 작업의 궁극적 인 20 %는 시간의 80 %를 차지할 수 있습니다.
하룻밤 동안 충전하는 경우 이것은 큰 문제가 아니지만 몇 시간 동안 작동하는 발전기를 꺼야하는 경우에는 큰 문제입니다 (종종 시끄럽고 실행 비용이 많이 듭니다). 그리고 당신이 태양열을 믿고 있고 따라서 최종 20 %가 끝나기 전에 해가지는 경우, 실제로 완전히 충전되지 않는 배터리를 쉽게 찾을 수 있습니다.
납축 배터리를 정기적으로 완전히 충전하지 못하면 조기에 노화된다는 사실이 아니라면 궁극적으로 몇 퍼센트를 완전히 충전하지 않는 것은 실제로 큰 문제가되지 않습니다.
4) 낭비되는 에너지
발전기 시간을 낭비하는 전부 또는 일부 외에도 납축 배터리는 또 다른 효율성 문제를 겪고 있습니다. 이는 고유 한 충전 비 효율성을 통해 최대 15 %의 에너지를 낭비합니다. 따라서 100 암페어의 전력을 제공하면 85 암페어 시간 만 저장됩니다.
태양이 내리거나 구름으로 덮이기 전에 가능한 한 각 앰프에서 최대 효율을 끌어 내려고하면 태양열을 통해 충전 할 때 특히 실망 스러울 수 있습니다.
5) 배치 문제
침수 된 납축 전지는 충전하는 동안 유해한 산성 가스를 방출하므로 표면으로 배출되는 밀폐 된 배터리 상자에 보관해야합니다. 배터리 산 유출을 방지하기 위해 수직으로 보관해야합니다.
AGM 배터리에는 이러한 제약이 없으며 통풍이되지 않는 곳에 놓을 수 있습니다. 심지어 lebensraum 내부에서도 마찬가지입니다. 이것은 종종 AGM 배터리가 유행하는 선원이되었다는 설명 중 하나입니다.
6) 유지 보수 요구 사항
침수 된 납 축전지는 주기적으로 물을 채워야합니다. 배터리 베이를 사용하기 어려운 경우 유지 관리가 번거로울 수 있습니다.
AGM과 겔 세포는 진정으로 유지 보수가 필요 없습니다. 유지 보수가 필요 없다는 단점이 있습니다. 실수로 과충전 된 플러드 셀 배터리는 끓는 물을 교체하여 회수 할 수 있습니다. 과충전 된 젤 또는 AGM 배터리는 일반적으로 돌이킬 수 없게 파괴됩니다.
7) Peukert의 손실 및 전압 강하
완전히 충전 된 48V 납축 축전지는 약 51.2V에서 시작하지만 방전되기 때문에 전압이 꾸준히 떨어집니다. 배터리에 전체 용량의 48 %가 여전히 남아 있으면 전압이 35V 아래로 떨어지지 만 일부 전자 장치는 작동하지 않을 수 있지만 전체 48V 공급으로 작동합니다. 이 “처짐”효과는 조명을 어둡게 만들 수도 있습니다.
리튬 이온 배터리 : 사실과 신화 분리
리튬 이온 배터리는 오늘날 에너지 솔루션의 최전선에 있습니다. 이 진화하는 기술에 대해 더 알고 싶으십니까?
1) 뛰어난 “가용”용량
납축 배터리와 달리 리튬 배터리 뱅크 정격 용량의 85 % 이상을 정기적으로 사용하는 것이 실용적이며 드물게 더 많이 사용하는 것으로 간주됩니다. 100 암페어 시간 배터리를 생각해보십시오. 납산 이었다면 30 ~ 50 암페어 시간의 주스를 사용하는 것을 알 수 있지만 리튬을 사용하면 85 암페어 시간 이상을 활용할 수 있습니다.
2) 수명 연장
실험실 결과에 따르면 LiFePO2000 배터리 뱅크를 잘 관리하여 5000 ~ 4 사이클을 확인할 수 있습니다. 이것은 이론적 결과이지만 최근 측정에 따르면 A 배터리는 75주기 후에도 여전히 용량의 2000 %를 제공합니다.
대조적으로, 가장 단순한 딥 사이클 납축 배터리조차도 일반적으로 500-1000 사이클에만 적합합니다.
3) 빠르고 효율적인 충전
리튬 이온 배터리는 종종 용량의 100 %까지 “빠르게”충전됩니다. 납 산과는 달리 최대 20 % 저장을 촉진하기 위해 흡수 단계가 필요하지 않습니다. 또한 충전기가 충분히 강력하다면 리튬 배터리도 엄청나게 빠르게 충전 할 수 있습니다. 충분한 충전 앰프를 제공하면 실제로 리튬 이온 배터리를 XNUMX 분 만에 완전히 충전 할 수 있습니다.
그러나 100 %까지 완전히 충전 할 수는 없지만 걱정할 필요는 없습니다. 납 축전지와 달리 리튬 이온 배터리를 정기적으로 완전히 충전하지 못하더라도 배터리가 손상되지는 않습니다.
이를 통해 정기적으로 완전 충전을 원하는 것에 대한 두려움없이 에너지 원을 얻을 때마다 에너지 원을 활용할 수있는 엄청난 유연성을 제공합니다. 태양계와 함께 부분적으로 흐린 날이 있습니까? 당신이 당신의 필요를 계속 유지하는 한 해가지기 전에 단순히 다시 채울 수 없다는 문제는 없습니다. 리튬을 사용하면 배터리 뱅크를 영구적으로 과소 충전 된 상태로 두는 것에 대해 걱정하지 않고 원하는 것을 흔들어 놓을 수 있습니다.
4) 낭비되는 에너지가 거의 없거나 전혀 없음
납축 배터리는 리튬 이온 배터리보다 전력 저장 효율이 떨어집니다. 리튬 배터리는 대부분의 납축 배터리의 100 % 효율에 비해 거의 85 % 효율로 충전됩니다.
태양이지고 구름으로 덮이기 전에 가능한 한 각 앰프에서 최대 효율을 끌어 내려고하면 태양열을 통해 충전 할 때 특히 중요 할 수 있습니다. 이론적으로 리튬은 거의 모든 태양 방울을 사용하여 배터리를 수집 할 준비가 된 것입니다. 패널을 보관할 수있는 제한된 지붕 및 공간으로 인해 장착 준비가 된 모든 평방 인치의 와트를 최적화하는 데 필수적입니다.
5) 기후 저항
납축 배터리와 리튬은 추운 환경에서 용량을 잃습니다. 아래 다이어그램에서 볼 수 있듯이 리튬 이온 배터리는 저온에서 훨씬 더 효율적입니다. 또한 방전율은 납축 배터리의 성능에 영향을 미칩니다. -20 ° C에서 1C 전류 (용량의 한 번)를 제공하는 리튬 배터리는 AGM 배터리가 용량의 80 %를 제공 할 때 에너지의 30 %를 제공 할 수 있습니다. 혹독한 환경 (뜨거운 환경과 추운 환경)에서 리튬 이온이 기술 선택입니다.
6) 더 적은 배치 문제
리튬 이온 배터리는 똑바로 세워서 보관하거나 통풍이 잘되는 배터리 칸에 보관할 필요가 없습니다. 그들은 또한 매우 쉽게 이상한 모양으로 조립 될 것입니다. 가능한 한 작은 구획에 최대한의 힘을 짜내려고한다면 플러스입니다. 이는 크기가 제한된 기존 배터리 베이가 있지만 현재 납 산이 제공 할 준비가 된 것보다 더 많은 용량을 원하거나 필요로 할 때 특히 유용합니다.
7) 적은 유지 보수 요구 사항
리튬 이온 배터리는 유지 보수가 상당히 필요합니다. BMS (Battery Management System)는 배터리 뱅크 동안 모든 셀이 균등하게 충전되도록하는 “밸런싱”프로세스를 자동으로 수행합니다. 배터리를 충전하기 만하면 여행 할 수 있습니다.
8) Peukert의 손실 및 전압 강하는 거의 존재하지 않음
리튬 배터리의 방전 곡선 (특히 스티 르산 기준)은 실제로 평평합니다. 즉, 20 % 충전 된 배터리는 80 % 충전 된 배터리와 거의 동일한 출력 전압을 제공합니다. 이렇게하면 납축이 방전 될 때 흔히 발생하는 “전압 강하”로 인한 문제를 방지 할 수 있지만, 전압 수준에 따라 배터리 모니터 또는 발전기 자동 시작이 리튬 뱅크를 모니터링 할 때 최소한 제대로 작동하지 않을 가능성이 높습니다.
반대로 리튬 배터리가 완전히 방전되면 전압이 빠르게 급강하합니다. 즉, 배터리를 보호하는 BMS 역할이 이러한 일이 발생하지 않도록합니다. 리튬 이온 뱅크를 한 번이라도 완전히 방전하면 전체 팩이 영구적으로 죽을 수 있습니다.
리튬 배터리의 또 다른 큰 장점은 Peukert의 손실이 본질적으로 존재하지 않는다는 것입니다. 이는 리튬 이온 배터리가 고전류에서도 최대 정격 용량을 제공 할 수 있음을 의미합니다. 납 산은 최대량을 고부하에서 40 % 용량 손실로 볼 수 있습니다. 실제로 이는 리튬 이온 배터리 뱅크가 에어컨, 전자 레인지 또는 인덕션 쿡탑과 같은 고전류 부하에 전력을 공급하는 데 적합하다는 것을 의미합니다.
9) 크기 및 무게 장점
평균 리튬 이온 배터리의 무게는 40 ~ 60 %이지만 표준 LAB입니다. 그것만으로도 거의 모든 응용 분야에서 연비를 크게 절약하거나 계수 등급을 끌 수 있습니다.
숫자에 의한 요약
1) 무게 : 리튬 이온 배터리는 납축 배터리 부하의 XNUMX/XNUMX입니다.
2) 효율성 : 리튬 이온 배터리는 충전 및 방전 모두에서 거의 100 % 효율이 높기 때문에 안팎에서 동일한 암페어 시간을 허용합니다. 납축 배터리의 비효율은 충전 중에 15A의 손실을 초래하고 급속 방전은 전압을 빠르게 떨어 뜨리고 배터리 용량을 감소시킵니다.
3) 방전 : 리튬 이온 배터리는 납산에 대해 100 % 방전되지만 80 % 방전됩니다. 대부분의 납축 전지는 50 % 깊이의 방전을 권장하지 않습니다.
4) 수명 : 리튬 이온 배터리는 납산에서 5000-400 회만 사용하는 것과 비교하여 500 회 이상을 반복합니다. 리튬 이온 배터리에서는 약간의 영향을받는 반면, 납산의 방전 수준이 높으면 사이클 수명이 크게 달라집니다.
5) 전압 : 리튬 이온 배터리는 전체 방전주기 동안 전압을 유지합니다. 이를 통해 전기 부품의 효율성이 더 길고 오래 지속됩니다. 납산 전압은 방전주기 내내 지속적으로 떨어집니다.
6) 비용 : 리튬 이온 배터리의 초기 비용이 높음에도 불구하고 실제 소유 비용은 수명과 성능을 고려할 때 납산입니다.
7) 환경 영향 : 리튬 이온 배터리는 청정 기술이며 환경에 더 안전합니다.
히프 라인
차량용 배터리 구매는 상당한 투자가 될 수 있습니다. 각 배터리의 수명은 회사 운영 및 직원의 효율성에 직접적인 영향을 미칩니다.
리튬 이온 배터리가 제공하는 가장 큰 장점 중 하나는 일상적인 작업 중에 긴 수명과 긴 배터리 수명입니다. 충전을위한 짧은 중단 시간이있는 리튬 이온 배터리는 창고 운영과 같은 다중 교대 위치에서 특히 유용합니다.
하나의 배터리는 3 교대 동안 전원을 공급할 수 있습니다. 반면에 납 축전지는 충전 및 냉각 기간이 필요하기 전에 XNUMX 시간 동안 XNUMX 교대로만 전력을 공급할 수 있습니다. 이를 위해서는 모든 차량에 대해 교대 당 하나의 배터리가 필요하므로 회사는 향후 훨씬 더 많은 비용이 듭니다.
폴리머 인사이트 #12. 지금부터 리튬이온전지 시대? 꾸준히 성장하는 납축전지 시장!
전자제품의 필수, 배터리! 그 시작은?
배터리가 없는 우리 생활은 상상할 수 없습니다. 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 자동차 등 현대인의 필수 아이템에는 전부 배터리가 쓰입니다. 전지라고도 불리는 배터리는 언제부터 우리 삶을 바꾸기 시작했을까요? 배터리의 시작은 이탈리아의 물리학자 알레산드로 볼타(Alessandro Volta)에서 찾을 수 있습니다. 볼타는 갈바니(Galvani)가 주장한 ‘동물 전기’에 의문을 가지고 연구를 시작하게 됩니다. 그렇다면 갈바니가 주장한 ‘동물 전기’는 무엇일까요?
1780년, 개구리 다리가 금속에 닿아서 경련을 일으키는 모습을 목격한 갈바니는 이를 바탕으로 여러 번 실험을 거듭합니다. 그 결과 갈바니는 개구리 자체에서 만들어진 전기 때문에 경련이 일어났다고 생각합니다. 그리고 이 전기를 ‘동물 전기’라 부릅니다. 하지만 볼타는 금속 사이에서 발생한 전기가 개구리 뒷다리로 흘러서, 경련이 발생한 게 아닐까 하고 의구심을 품습니다. 이를 증명하기 위해 볼타는 여러 번 실험을 거듭했고 전기가 금속 사이에서 발생했음을 알게 됩니다. 또 동물 속 수분이 매개체 역할을 했음을 밝혀냅니다. 즉, 개구리가 전해질 역할을 한 것입니다. 이 실험 결과를 바탕으로 볼타는 전기를 만드는 구조물을 제작하게 됩니다. 구리판과 아연판을 두고 이 두 금속 사이에 소금물을 적신 헝겊을 쌓아둡니다. 이게 바로 세계 최초의 화학전지, 볼타전지입니다.
1차 전지와 2차 전지의 차이
배터리는 크게 두 종류로 나눌 수 있습니다. 1차 전지와 2차 전지인데요. 큰 차이점은 바로 ‘사용한 후 폐기하느냐’, ‘다시 반복해서 사용할 수 있느냐’입니다. 1차 전지는 한 번 사용한 뒤에는 폐기해야 합니다. 대표적인 1차 전지로는 알칼리전지를 들 수 있습니다. 알칼리전지는 전해액으로 수산화칼륨 수용액을 사용합니다. 양극(+)은 볼록 튀어나왔으며 이산화망간(MnO2) 전극이 연결되어 있고 음극(-)은 평평하며 아연(Zn) 분말이 연결되어 있습니다. 알칼리전지를 전자 기기에 꽂으면 자발적으로 산화/환원 반응이 진행되면서 아연은 산화아연(ZnO)으로 변하고 이산화망간은 삼산화이망(Mn2O3)이 됩니다.
2차 전지는 1차 전지와 달리 쓰임이 다 한 뒤에도 다시 충전하여 반복해서 쓸 수 있습니다. 대표적인 2차 전지로 납축전지와 리튬이온전지를 들 수 있습니다. 납축전지는 프랑스의 플랑테가 개발한 전지로 양극(+)은 이산화납(PbO2)이고 음극(-)은 납(Pb), 전해질로는 묽은 황산(2H2SO4)을 사용합니다.
리튬이온전지는 양극(+)으로 리튬코발트산화물(LiCoO2)을, 음극(-)으로 흑연(Graphite)을 주로 사용하며 유기 전해질을 넣습니다. 리튬이온전지는 차세대 배터리로 주목을 받고 있습니다. 작고 가벼워서 휴대전화나 노트북 등 경량화가 필요한 디지털 기기에 더없이 좋기 때문인데요. 전기 자동차가 점점 증가하면서 덩달아 리튬이온전지의 생산도 늘고 있다고 합니다. 미래의 전지, 내일의 배터리로 불리는 리튬이온전지! 그렇다면 리튬이온전지에 밀려 납축전지는 이제 필요 없는 배터리가 된 것일까요?
납축전지, 필요 없을까?
전기차 혹은 하이브리드 자동차 때문에 리튬이온전지의 생산이 늘어나고 있다는 뉴스를 한 번쯤 접한 적이 있을 것입니다. 그와 연계해 납축전지는 더 이상 필요 없는 배터리가 아닌가, 라는 의견도 등장하고 있습니다. 실제로는 어떠할까요?
위의 표를 살펴보면 알 수 있듯이 리튬이온전지만큼 납축전지도 엇비슷하게 매출이 성장했습니다. 좀 더 세부 내용을 살펴보면 니켈카드뮴전지, 아연망간전지 등의 생산량과 매출액은 감소하거나 엇비슷한 데에 비해 납축전지는 2012년 대비 2013년과 2014년에 꾸준히 증가했습니다. 그 이유는 무엇일까요? 리튬이온전지가 쓰이는 전기차와 하이브리드차에도 납축전지가 필요하기 때문입니다.
위의 사진처럼 토요타 캠리 하이브리드에도 납축전지가 들어가 있습니다. 납축전지는 자동차 SLI(Starting, Lighting, Ignition) 역할을 합니다. 시동, 점등, 점화의 역할만이 아니라 내비게이션 , 블랙박스, 통풍/온열 시트 같이 점점 세밀해지는 자동차 성능에 대한 요구 때문에 납축전지도 중요해지고 있습니다.
중국의 1위 납축전지 회사인 Leoch(理士)의 대표는 언론매체와 인터뷰에서 ‘납축전지는 100여 년 동안 끊임없이 발전해왔고 최근 흑연탄소 등 신재료의 개발과 응용에 따라 성능 또한 지속적으로 향상되고 있다’라며 ‘납축전지의 우수한 원가 경쟁력 및 제조 특성으로 미래에 발전할 가능성이 크다’라고 언급했습니다.
리튬이온전지가 배터리 역사에 극적으로 등장했고 미래의 배터리로 이야기되지만, 납축전지 역시 여전히 필요한 배터리임을 알 수 있습니다. 그럼, 납축전지는 주로 어떤 곳에 쓰일까요?
크게 운송 장치(Transportation), 동력 장치(Motive Power), 예비 전력(Reserve Power)으로 나눌 수 있습니다. 운송 장치로는 자동차, 선박, 오토바이, 골프 카 등이 있고 동력 장치로는 산업용 리프트, 기관차 등이 있습니다. 예비 전력으로 무정전 전원 장치(UPS) 등이 있습니다. 이 중에서 자동차가 납축전지 시장의 80%를 차지할 정도이며 최근 들어서는 무정전 전원 장치(UPS) 수요의 증가로 산업용 배터리 수요도 늘고 있습니다.
납축전지 외장 케이스로 쓰이는 플라스틱
납축전지 제작 시에 외장 케이스로 플라스틱이 쓰이는데, 12V 100A 규격의 납축전지의 경우 2016년 기준으로 국내에서는 약 18,000톤 정도가 쓰였다고 합니다. 폴리프로필렌 (Polypropylene, PP), 아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌 공중합체(Acrylonitrile Butadiene Styrene Copolymer, ABS) 등 다양한 플라스틱이 납축전지 외장 케이스로 사용됩니다. 이 플라스틱의 경우 다음과 같은 평가 기준을 가지고 테스트를 진행하고 있습니다.
내화학성 평가
사출된 제품에 빙초산을 채워 일정 시간이 지난 뒤에, 크랙(Crack)을 관찰합니다.
내충격성 평가
평평한 곳에 제품을 놓은 뒤 500g의 추를 이용해 0.5m, 1m 높이에서 여러 번 떨어뜨립니다. 이후 크랙(Crack)이 발생했는지를 관찰하고 평가합니다.
내열성 평가
배터리 케이스 두 개를 조립하여 접착시킨 뒤 공기를 채워서 일정 압력을 유지하도록 만듭니다. 이후 80℃에서 2시간 동안 에이징(Aging)한 뒤에 소재별로 얼마나 변형이 되었는지 그 길이를 정량적으로 평가하는 방법입니다.
납축전지 시장의 미래
많은 사람이 납축전지 시장은 이미 죽어가는 시장이라고 말합니다. 하지만 앞서 살펴본 것처럼 납축전지 시장은 꾸준히 성장하고 있습니다. 국내만이 아니라 전 세계적으로도 많은 납축전지 회사들이 존재합니다. 또 납축전지에 쓰이는 플라스틱 시장 또한 거대합니다.
산업연구원이 지난 해 2018년 3월 15일 발표한 <국내 이차전지 산업 현황과 발전과제>를 살펴보면 리튬이온전지가 발전되면서 시장이 확장되고 있지만 자동차 시동에 필요한 납축전지 시장 또한 꾸준히 증가했다고 나와 있습니다. 미래의 배터리 시장을 위해서 납축전지 또한 여러 시도를 해야 합니다. 다양한 환경에서 견딜 수 있는 플라스틱 원료를 개발하고 또한 금형을 제작해 테스트를 거쳐야 합니다. 100년 넘게 쓰이고 있는 납축전지 역시 미래를 대비해 끊임없이 연구하고 개발해야 할 것입니다.
내용 출처 : LG화학 테크센터 <폴리머 인사이트> 2018 봄호 P.2 ‘납축전지 시장과 플라스틱’(사출기술팀)
12V 납축전지는 퇴출되는가?
12V 납축전지는 퇴출되는가?
2022년 03월호 지면기사 / 글 | 전영삼 상무, 아시아태평양 오토모티브 사업개발 담당, Vicor Corporation
자동차용 12V 납축전지는 종말을 맞았다. 유럽은 2030년 이후 어떤 신차에도 납축전지를 장착하지 않을 것이라고 선언했으며, OEM들은 대체 솔루션을 찾아야 하는 상당히 어려운 과제에 직면하게 되었다. 이는 힘든 작업이 될 수도 있지만, 환경적으로 유해한 배터리를 제거하는 동시에 차량 무게를 줄이고 효율성을 향상시킬 수 있는 엄청난 기회가 될 것이다.
글 | 전영삼 상무, 아시아태평양 오토모티브 사업개발 담당, Vicor Corporation
12V 납축전지는 퇴출되는가? 결론부터 말하자면 “그렇다”.
자동차용 12V 납축전지는 종말을 맞았다. 유럽은 2030년 이후 어떤 신차에도 납축전지를 장착하지 않을 것이라고 선언했으며, OEM들은 대체 솔루션을 찾아야 하는 상당히 어려운 과제에 직면하게 되었다. 이는 힘든 작업이 될 수도 있지만, 환경적으로 유해한 배터리를 제거하는 동시에 차량 무게를 줄이고 효율성을 향상시킬 수 있는 엄청난 기회가 될 것이다.
12V 배터리 및 전력분배 네트워크(Power Delivery Network, PDN)는 안전과 관련된 일부 중요한 부하를 포함해 수백 개의 부하를 지원하는 세계적인 표준이며, 이러한 솔루션은 혁신적이고 견고해야 한다. 고전압을 비롯해 48V 및 12V PDN을 상호 연결하는 데 사용되는 고밀도의 고전압, 고효율 전력 모듈은 이러한 당면 과제에 대응할 수 있는 가장 유연하고 확장 가능한 솔루션을 제공한다.
OEM은 가능한 솔루션을 고려할 때 보다 뛰어난 성능의 새로운 기능을 지원하기 위해 추가되는 더 많은 전력과 더 긴 주행거리 및 향상된 열 관리를 위한 효율성 증가, CO2 감소, 케이블 라우팅 최적화, 하네스 무게 감소, EMI 요건 충족 등과 같은 여러 주요 요소를 고려해야 하며, 이러한 요구사항은 복잡한 방정식 내의 변수들에 해당한다.
이러한 방정식을 해결하는 데는 두 가지 기본 옵션이 있다. 12V 납축전지를 12V 리튬이온 배터리로 교체하는 것이 첫 번째 옵션이다. 무게는 약간 감소하지만, 수십 년 동안 사용된 기존의 12V PDN이 유지되면서 추가적인 이점은 없다. 다른 옵션은 EV 및 HEV/PHEV의 기본 400V 또는 800V 배터리에서 전원을 공급받는 12V PDN을 지원하는 것이다. 후자의 옵션은 많은 이점이 있지만, 두 가지 모두 추가 검토가 필요하다.
그림 1 | 리던던트 전압 레귤레이터 스테이지를 사용하는 12V 배터리 기반의 xEV에 사용된 일반적인 E/E. HV-12V DC-DC는 12V 배터리를 충전하기 위해 12V 출력으로 변환한다. 차량의 모든 12V 부하에는 부하가 동작하는데 필요한 적절한 레일 전압을 공급하기 위한 프리-레귤레이터가 있다.
12V 리튬이온 배터리로 전환
12V 납축전지를 12V 리튬이온 배터리로 교체하면 무게를 최대 55%까지 줄일 수 있지만, 비용 부담이 크다. 12V 리튬이온 배터리는 차량의 수명주기 동안 전체 배터리 동작의 유지관리 및 충전 제어를 위해 배터리 관리 시스템(BMS)이 필요하다. 이는 테슬라(Tesla)와 현대차가 취하고 있는 방식이다.
또한, 12V 리튬이온 배터리를 재충전하여 전기 부하를 공급하기 위해서는 HV(High Voltage)에서 12V(전압 및 전류 레귤레이션 기능이 있는)로 변환하는 부피가 큰 DC-DC 컨버터를 추가해야 한다. 이것은 아무런 이점을 제공하지 않는다. 무게와 차량 패키징의 복잡성, 시스템 비용이 추가되고, 차량의 전반적인 신뢰성을 감소시킨다. 이에 비해 12V 배터리를 완전히 제거하면, 자동차 무게를 13 kg 줄일 수 있고, 적재공간을 2.4%까지 향상시킬 수 있다.
기존의 12V PDN은 비효율적이다
물리적으로 12V 배터리를 유지하는 것은 불필요한 리던던시(redundancy)를 유발하여 비효율적인 PDN을 유지하는 것과 같다. 일반적인 차량용 12V PDN의 경우, 12V 버스에 연결된 모든 12V 부하에는 보통 6 ~ 16V의 넓은 입력전압 범위를 5V 및 3.3V 또는 그 이하의 레귤레이션 레일로 변환할 수 있는 내부 프리-레귤레이터(pre-regulator)가 있다. EV, HEV 또는 PHEV에 대한 글로벌 시스템 관점에서 보면, 이는 직렬 레귤레이터 스테이지가 중복되는 것이다. 고전압에서 12V로 변환하는 DC-DC 컨버터는 12V 버스를 (효율적으로) 레귤레이션하고, 프리-레귤레이터는 각 부하에 적합한 내부 레일 전압을 제공한다(그림 1).
이러한 기존 아키텍처는 배터리를 충전하거나 크랭킹(Cranking) 이벤트 시 무선 동작 유지 또는 백열 전조등의 적절한 휘도를 유지하기 위해 레귤레이션이 필요한 민감한 12V PDN의 교류발전기가 차량에 사용되던 때부터 시작되었다. OEM은 매우 창의적으로 12V 전력 제한을 피하기 위해 노력했으며, 최근 몇 년 동안 2개의 12V 배터리와 파워스티어링을 위한 하나의 24V 배터리, 그리고 이들 사이에 여러 DC-DC 컨버터를 사용하는 복잡한 전기 아키텍처를 설계했다.
12V를 가상 배터리로 교체
이러한 문제를 해결하기 위한 더 나은 접근방식은 자동차 PDN을 완전히 재고하는 것이다. 물리적인 12V 배터리를 제거하고, 기본 EV 배터리에서 12V ‘가상(Virtual)’ 배터리를 만들어 이를 교체할 수 있다(그림 2). 모든 EV는 주 배터리를 가지고 있기 때문에 추가 에너지 스토리지 장치를 탑재하는 것은 적절하지 않다. 이상적인 자동차 아키텍처는 파워트레인과 모든 보조 부하에 전력을 공급하기 위해 하나의 고전압(HV) 배터리를 사용하는 것이다. 바이코(Vicor)의 고밀도 버스 컨버터 모듈 기술은 HV 배터리(400V 또는 800V)에서 직접 저전압 배터리(48V 또는 12V)를 가상화하여 이러한 접근방식을 구현할 수 있다.
그림 2 | 최적화된 E/E 아키텍처는 물리적인 12V 배터리를 제거하는 것이다. 바이코의 BCM 버스 컨버터 기술을 통해 고전압 배터리를 변환하여 가상 12V 배터리를 생성할 수 있다.
ZVS/ZCS(Zero-Voltage, Zero-Current Switching)를 활용하는 바이코의 BCM® 버스 컨버터는 기존 컨버터에 비해 더 높은 주파수에서 동작하기 때문에 물리적인 배터리보다 반응성이 뛰어나다. 예를 들어, BCM6135는 1.2 MHz에서 동작하며 기존의 ZVS/ZCS 공진형 컨버터와 달리 협대역 주파수 내에서 동작한다(그림 3). BCM의 고주파수 동작은 부하 전류의 변화에 따라 빠른 응답과 입력에서 출력까지 낮은 임피던스 경로를 제공한다. BCM은 고정비 변환(Fixed-ratio conversion)과 양방향 동작, 빠른 과도응답(8 MA/s 이상) 및 낮은 임피던스 경로를 통해 HV 배터리를 48V 배터리처럼 보이게 하는데, 이를 ‘트랜포메이션(transformation)’이라고 한다. 이러한 전원 소스를 변형시키는 기능은 기존의 컨버터와 비교할 때 주요 이점이자 주요 차별화 요소이다.
그림 3 | BCM6135의 빠른 부하 과도응답은 12V 부하를 지원하는 핵심이다. 과도응답은 초당 8메가 암페어(8 MA/s)이다. 노란색: 입력 전압(800 VDC), 빨간색: 출력 전압(48V), 파란색: 출력 전류
그림 4 | BCM 버스 컨버터의 기능 블록 다이어그램. DC-DC 변환은 물론, BCM은 트랜스포머를 사용해 고효율로 AC-AC 변환이 가능하며, K 계수로 규모를 조정하고 스위칭 블록을 사용해 AC-DC 변환을 처리한다. 스위칭은 고주파수에서 이뤄지며, 트랜스포머와 같은 에너지 전달 변환으로 과도 부하 변화에 따라 빠르게 응답하고, 입력 및 출력 간에 낮은 임피던스 경로를 제공한다.
BCM6135 부하 스텝 과도
바이코의 BCM은 입력 전압의 고정 비율로 출력 전압을 제공하는 고정 비율 컨버터로 동작한다. 바이코의 BCM6135 컨버터는 절연되어 있으며, 61 × 35 × 7 mm 패키지로 2.5 kW의 전력을 97% 이상의 피크 효율로 제공한다. 또한, 더 많은 전력을 제공할 수 있도록 어레이로 쉽게 병렬화 할 수 있다.
BCM의 고정 비율 특성은 가상 배터리가 적절한 동작 범위 내에서 유지되도록 해준다. 예를 들어, 800V 배터리 구동 전기자동차에서 HV 배터리는 520 ~ 920V를 유지하도록 보장한다. 1/16 비율의 BCM6135는 32.5 ~ 57.5V의 전압 범위를 유지함으로써 48V 배터리를 가상화한다. BCM6135 1/8 비율은 400V 전기자동차에 사용할 수 있다(그림 3).
배터리 가상화는 1/4의 고정 비율 컨버터를 사용해 12V 버스로 확장할 수 있다. 이 경우 갈바닉 절연이 필요하지 않으며, 바이코의 NBM?버스 컨버터를 사용할 수 있다. BCM의 다른 모든 기능과 마찬가지로 NBM 비절연 버스 컨버터는 빠른 과도응답과 낮은 임피던스 및 양방향 동작과 같은, 앞서 설명한 모든 이점을 동일하게 제공한다. 12V의 전압 범위는 HV 배터리 전압에 대한 고정 비율로 8.125 ~ 14.375V를 유지한다. BCM 및 NBM 기술은 차량의 각 전력 네트워크를 연결하는 이상적인 트랜스포머이다.
표 1 | 바이코의 BCM/NBM 버스 컨버터 기술을 이용한 48V 버스 및 12V 버스의 최소 및 최대 전압. 48V 및 12V 전압 범위는 모두 VDA 320 및 LV 124와 호환된다.
그림 5 | BCM6135 및 NBM2317 모듈을 기반으로 12V 및 48V 배터리 가상화를 지원하는 E/E 아키텍처. 48V 버스는 A/C 콘덴서, 워터펌프 및 능동형 섀시 안정화 시스템과 같은 차량의 더 높은 부하에 전력을 공급할 수 있는 보다 효율적인 소스로도 사용할 수 있다.
기능안전 부하에 대한 전력공급 리던던시를 보장하는 것은 필수이다. 바이코의 전력 모듈은 전력 및 공급 면에서 확장이 가능하며, 리던던트 PDN으로 동작하도록 설계할 수 있어 기능적으로 안전이 중요한 부하에 2개의 전용 전력변환 경로를 제공할 수 있다. 궁극적으로 OEM은 ADAS, 조향 및 제동과 같은 중요 시스템의 기능안전 동작을 보장하기 위해 로컬 에너지 스토리지를 구현할 수 있다.
기로에 있는 전기차의 전력분배 네트워크
12V 납축전지는 조만간 유럽에서 사라질 것이다. 따라서, 지금이 바로 전기차의 전력분배 네트워크에 대한 재설계를 주도하고 있는 모든 혁신을 고려할 때이다.
자동차의 전기 PDN은 12V 전력분배의 기로에 서 있다. 아키텍처 변경을 최소화하면서도 점점 더 많은 전력 부하가 차량에 구현되고 있다. 테슬라의 CEO 일론 머스크(Elon Musk)는 “12V로 무엇을 할 수 있는가? 12V는 과거의 잔재일 뿐이며, 이는 매우 낮다”고 말했다.
OEM은 더욱 다양한 전기자동차와 성능을 제공하기 위해 더 나은 PDN 설계에 주력하고 있다. 12V 배터리를 완전히 제거하는 것은 무게와 공간을 줄이고, 더 나은 과도응답과 시스템 성능을 제공할 수 있는 솔루션이다.
기존전지와 리튬이온배터리 비교
ㅎㅎㅅㄹ
전지는 산화-환원 반응을 이용하여 화학 에너지를 전기에너지로 바꾸는 장치를 일컫는 말로 재사용 여부에 따라 1차 전지와 2차 전지로 나눌 수 있습니다.
잘 알려져 있다시피 1차 전지에는 수은전지, 망간전지, 알카라인 전지, 리튬전지 등이 있으며, 2차 전지에는 납 축전지, 니켈카드뮴(Ni-Cd) 전지, 니켈 수소(Ni-MH) 전지, 리튬 이온(Li-Ion) 전지, 리튬 폴리머(Li-Polymer) 전지 등이 있습니다.
1차 전지는 1800년대 이탈리아 과학자 볼타가 구리와 아연 전극을 이용한 1차 전지를 발견한데 이어 1895년 프랑스의 물리학자 가스톤 플랑테에 의해 납 축전지라는 최초의 2차 전지를 개발하게 됩니다.
1960년대 니켈카드뮴전지가, 1980년대 니켈 망간전지가, 1990년대 니켈수소전지가 발명되었습니다.
리튬이온 전지의 발견
1956년 미국의 위팅엄 교수에 의해 리튬금속을 음극재로 한 리튬이온 전지를 처음 발명되었으나, 리튬의 강한 반응성에 의한 폭발 위험성으로 상용화는 제대로 진행되지 않았습니다. 위팅엄 교수는 리튬 이차전지에 대한 연구 공로를 인정받아 2019년 미국의 존 굿 이너프 교수, 일본의 아키라 요시노 교수와 함께 노벨화학상을 공동으로 수상하였습니다.
리튬은 높은 에너지밀도를 가진 최적의 음극 재이지만 녹는점이 10℃정도이고 경도도 낮아 물리적인 충격이나 고온 노출 시 화재나 폭발의 위험성이 큰 물질입니다.
1990년대까지 세계의 배터리 시장을 평정하고 있던 파나소닉과 산요전기를 넘어서 배터리 시장에 진입하고자 했던 소니는 당시에 일반적으로 사용되던 니켈카드뮴과 니켈수소전지 대신에 리튬이온 전지 개발에 사활을 걸었습니다. 그리고는 마침내 흑연을 음극으로 사용하며, 리튬 코발트 산화물을 양극으로 사용하는 현재의 3원계 타입의 니켈 이차전지를 개발하기 이릅니다.
소니는 2000년대 중반까지 파나소닉을 밀어내고, 산요전기와 세계 이차전지 2강 구도를 이끌며 세계시장을 선도했습니다.
기존 전지와 리튬이온전지 비교
리튬 이차전지는 양극재, 음극재, 전해질, 분리막 크게 4가지로 구성되어 있습니다. 양극은 리튬과 산소가 만나 리튬 산화물 형태로 존재하는데요. 배터리가 충전 시에는 리튬 산화물에서 리튬만 빠져나와 음극으로 이동하고 , 배터리가 방전될 때는 리튬이온이 양극으로 돌아가며 전기가 발생하게 되는 원리입니다.
좀 더 자세히 살펴보면 충전 시에는 양극에 있는 리튬(Li2O)이 리튬이온(Li)과 전자(2-)로 분리되고 리튬이온(Li)은 전해질과 분리막을 통과해 음극으로 이동하여 음극활물질(흑연) 사이에 저장되며, 방전 시에는 음극 활물질에 저장되어 있던 리튬이온(Li)은 전해질과 분리막을 통과해 다시 양극으로 이동하고 전자 (2-)가 음극에서 양극으로 이동하면서 전기를 발생시키는 구조입니다.
그렇다면 기존의 전지들과는 어떤 차이점이 있을까요?
당연히 수은이나 알카라인과 같은 1차 전지와의 가장 큰 차이점은 재사용이 가능하다는 점이겠죠. 하지만 이런 1차원적인 차이점 말고 리튬이온배터리가 가지는 특징은 무엇이 있을까요?
1. 에너지밀도가 우수하다.
리튬이란 물질은 어느 금속보다도 가벼우며 에너지 밀도가 크다는 장점이 있습니다. (160Wh/Kg 수준)
2. 기전력이 우수하다.
리튬이온전지는 도체 양 끝단의 전위차를 유지할 수 있는 능력, 즉 전력이 높다는 장점이 있습니다.
리튬이온전지의 기전력은 3.6V 수준이며 니켈 기반 전지의 1.2V보다 월등히 높은 수준입니다.
3. 메모리 기억효과의 영향을 받지 않는다.
메모리효과(Memory Effect)란 것은 충방전을 제대로 해주지 않을 경우 전하를 운반하는 수산화 이온이 배터리 내부에
고용체를 만들어 완전충전위치를 변화시켜 충전량을 줄어들게 하여 배터리의 수명이 줄어드는 현상을 말합니다.
리튬이온전지는 메모리 효과가 없기 때문에 완전 방전 상태에서 충전하지 않더라도 완전 충전이 가능합니다.
메모리 효과 (Memory Effect)
4. 자가방전에 따른 전력손실이 매우 적다
리튬이온 자가방전율은 4~5%/월 수준으로 니켈 기반 전지의 1/4 정도에 불과합니다.
배터리 종류 특징,납축전지(납산배터리),리튬이온(인산철,니켈코발트망간,니켈코발트알루미늄,니켈코발트산화물,니켈코발트 망간산화물) 가격 비교
리튬이온 배터리 구성 – 이미지 출처 : LG화학 홈페이지
1) 양극재 : 리튬이온을 제공하는 역할
2) 음극재 : 충방전시 리튬이온을 수용/방출
3) 전해액 : 리튬이온을 이동시키는 매개체
4) 분리막 : 양극재와 음극재가 섞이지 않게 분리시켜주는 막
그림과 같이 리튬이온이 양극과 음극을 번갈아 오가면 충전과 방전을 일으키게 됩니다. 음극재의 경우 리튬이온,리튬인산철배터리 모두 대부분 흑연을 사용하지만 양극재의 경우는 사용하는 물질이 다릅니다. 리튬이온배터리는 삼원계(니켈, 코발트, 망간)등을 이용하여 배터리를 만들고 리튬인산철배터리는 철을 양극재로 사용합니다.
간단하게 생각해도 철이 니켈, 코발트, 망간보다 가격이 저렴하므로 인산철배터리가 가격이 저렴하다고 생각할지 모르나 의외로 공정비용이 더 비싸기 때문에 실질적으로 완제품 가격은 크게 차이가 나지 않는 현실입니다.
그러나 현재까지 인산철의 경우 100% 중국에서 생산하고 있고 만약 인산철이 더욱 확대된다면 규모의 경제면에서 인산철의 가격이 점점 더 경쟁력 있게 변화할 수도 있습니다. 리튬이온의 경우 이미 각국에서 생산 중이라 규모의 경제를 실현한 상태라 앞으로의 가격 변동이 쉽지는 않을 것입니다.
그럼 도대체 뭐가 좋을까요?
뭐가 좋고 안 좋고의 문제보다 각자의 장단점이 존재합니다. 리튬이온의 경우 단위 면적당 에너지 밀도가 높기 때문에 같은 공간에 더 높은 용량을 사용할 수 있습니다. 이로 인해 효율이 높고 부피가 작아 자동차 배터리에 많이 사용됩니다.
반면에 리튬인산철의 경우 단위 면적당 에너지밀도가 리튬이온보다 떨어지므로 부피가 커지고 무게가 무거워진다는 단점이 있습니다.
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