이차 전지의 한계는 안전성 문제, 에너지 밀도, 소재 공급, 환경 영향, 온도 민감도 등 기술적, 경제적 제약에 있습니다.
이러한 문제는 획기적인 소재 기술과 배터리 구조를 통해 해결되어야 합니다.
과충전, 과방전, 고온 환경에서는 화재나 폭발의 위험이 있습니다.
충전과 방전을 반복하면 시간이 지남에 따라 용량이 감소하므로 장기적으로 교체가 필요합니다.
낮은 온도나 높은 온도 등 극한 환경에서는 성능이 급격히 저하됩니다.
경량 배터리 개발은 전기 자동차 및 전기 항공기를 포함한 모바일 애플리케이션에 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 에너지 밀도를 높이는 것과 함께, 배터리 무게를 줄이기 위한 또 다른 전략은 에너지 저장 장치에 다기능성을 부여하는 것입니다. 예를 들어, 구조적 하중을 감당하고 구조 부품을 대체할 수 있는 에너지 저장 장치를 만들어 전체 시스템의 무게를 줄이는 것입니다. 이러한 유형의 배터리를 일반적으로 "구조적 배터리"라고 합니다. 구조적 배터리를 개발하기 위해 두 가지 일반적인 방법이 연구되었습니다. (1) 배터리에 가볍고 튼튼한 외부 보강재를 통합하는 방법, (2) 다기능 소재를 배터리 구성 요소로 도입하여 에너지 저장 장치 자체를 구조적으로 견고하게 만드는 방법입니다.
구조용 배터리 복합소재(SBC)는 기계적 강도와 에너지 저장 기능을 결합한 다기능 소재로, 하중 지지 부품과 전력 공급원 역할을 모두 수행할 수 있습니다. 탄소 섬유 복합소재와 같은 소재에 에너지 저장 기능을 통합하여 별도의 배터리 팩이 필요 없고 무게와 공간도 줄어듭니다. 항공기, 전기 자동차, 드론, 전자 제품, 로봇 등 다양한 산업 분야에서 활용될 수 있습니다.
구조형 배터리는 무게를 줄이고 에너지 효율을 높입니다. 에너지 저장과 구조적 지지를 단일 소재로 결합함으로써 차량과 항공기의 무게를 줄이고 연비를 개선하며 주행 거리를 연장할 수 있습니다. 또한 부품 수 감소, 더욱 통합된 설계, 효율적인 자원 활용을 통한 지속가능성 향상 등 다양한 이점을 제공합니다.
별도의 무거운 배터리 팩이 필요 없게 되면 차량이나 항공기의 전체 무게를 크게 줄일 수 있습니다.
가벼운 구조물은 움직이는 데 필요한 에너지가 적어 에너지 소비가 개선되고 주행 거리가 늘어납니다. 특히 전기 자동차와 항공기의 경우 더욱 그렇습니다.
에너지는 자동차의 바닥, 지붕, 섀시와 같은 구조적 구성 요소 자체에 저장할 수 있으며, 이를 통해 다른 용도로 사용할 수 있는 공간을 확보하거나 더 작고 부피가 적은 배터리를 사용할 수 있습니다.
재료 요구 사항을 줄이고 에너지 효율성을 개선하면 더욱 지속 가능한 설계에 기여할 수 있습니다.
구조적 배터리 복합소재를 통한 재료 과학과 에너지 기술의 융합은 세계 산업에 중요한 변곡점을 제시합니다. 향후 10년 동안 이러한 혁신적인 소재는 여러 분야에서 인프라, 에너지 저장 및 제품 설계 방식을 근본적으로 재구성할 잠재력을 가지고 있습니다.
기존 배터리와는 달리 자동차 차체나 항공기 동체와 같은 구조적 구성 요소 자체가 에너지 저장 장치 역할을 합니다.
차량 무게를 10% 줄이면 연비가 6~8% 향상되고 EV 주행 거리는 최대 70%까지 늘어날 수 있습니다. 항공 분야에서는 1,500km 비행 시 연비가 약 15% 향상될 것으로 추산됩니다.
현재 리튬 자원의 85%가 3개국에 집중되어 있습니다. 그러나 SBC는 대체 에너지 소재를 제공함으로써 공급망을 다각화하고 분산화할 수 있습니다.
구조재 사용량을 줄임으로써 제조 비용을 절감할 수 있습니다. 무게 감소는 연료 및 에너지 소비량도 감소시킵니다. SBC 소재는 향후 재활용 및 재사용이 가능합니다.
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