알루미늄-공기 배터리란 무엇입니까?

EV 시장이 계속해서 추진력을 얻으면서 일부 자동차 구매자는 여전히 주행 거리와 리튬 이온 배터리의 안전성에 대해 우려하고 있습니다. 이러한 타당한 문제를 해결하기 위해 새로운 배터리 기술을 개발하는 데 많은 돈과 시간이 소요되고 있습니다.

최근 몇 년 동안 기업들은 알루미늄과 공기를 기반으로 하는 오래되었지만 개선된 배터리에 투자하고 있으며, 이는 EV 산업을 크게 발전시킬 잠재력이 있습니다. 알루미늄-에어(알-에어) 배터리는 EV 배터리의 판도를 바꿀 것으로 보이지만 이것이 모두 과대 광고입니까?

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알루미늄-공기 배터리란 무엇입니까?

이미지 제공: ENERGY.GOV/ 위키미디어 공용

전기차는 제로 미래를 달성하는 데 중요한 역할을 합니다. 하지만, 범위 불안 리튬 이온 배터리에 대한 안전 문제는 EV 시장 성장을 방해하는 장애물입니다. 리튬 이온 배터리는 EV 혁명을 주도해 왔지만 여전히 주행 거리가 400마일로 제한되어 있어 장거리 여행에 문제가 될 수 있습니다.

외딴 지역에서 충전소를 찾고 EV가 충전될 때까지 기다려야 하는 번거로움은 잠재적 구매자를 미룰 수 있습니다. 배터리 성능 저하, 누출 및 과충전과 같은 다른 리튬 배터리 문제로 인식되는 경우에도 그다지 도움이 되지 않습니다. 다른 모든 배터리 기술과 함께 Al-air 배터리는 재충전할 필요가 없기 때문에 많은 관심을 받고 있습니다.

이 배터리의 개념은 1960년대로 거슬러 올라갑니다. 그러나 전해액은 부식성과 유독성이 있어 상업적으로 사용할 수 없었다. 영국 왕립 해군의 공병 장교인 Trevor Jackson은 2001년에 배터리를 안전하게 사용할 수 있도록 실험을 시작했습니다. Al-공기 배터리는 양극으로 알루미늄 합금 판, 공기 음극, 물과 같은 무독성 전해질 및 은 촉매로 만들어집니다.

알루미늄-공기 배터리는 어떻게 작동합니까?

기존의 EV 배터리에는 서로 다른 재료로 만들어진 양극과 음극의 두 전극이 있으며 그 사이에 전해질이 있습니다. 배터리를 사용할 때 이온은 양극에서 전해질을 통해 음극으로 흐릅니다. 충전하는 동안 이온은 양극으로 반대 방향으로 흐릅니다.

Al-air 배터리는 연료 전지와 유사하게 기능합니다. 양극에 알루미늄을 사용하고 음극에 산소를 사용합니다. 결과는 훨씬 더 높은 에너지 밀도입니다. 현재 EV에 사용되는 리튬 이온 배터리보다 약 8~9배 더 많은 전력이 증가합니다. 에너지 밀도는 단위 질량당 배터리가 저장할 수 있는 에너지의 양을 측정합니다. 전력 밀도는 단위 질량당 전달할 수 있는 순간 에너지의 양을 측정합니다.

양극은 알루미늄이 산화되면서 전자를 방출하고, 음극은 산소를 환원시켜 전자를 방출함으로써 전기 에너지를 생성합니다. 외부 회로를 통해 이동하는 전자에 의해 생성된 전류로 부하에 전력을 공급할 수 있습니다. 최종 결과는 양극에 형성되는 백색 분말입니다.

알루미늄 공기 배터리의 장점과 단점

알루미늄은 지각에서 세 번째로 흔하게 발견되는 천연 자원이며 지구상에서 가장 풍부한 금속이므로 결코 고갈되지 않을 것입니다. 부드러움으로 인해 알루미늄은 작업하기 쉽고 리튬과 달리 안정적입니다. 게다가 무독성입니다. 다음은 리튬 이온 배터리에 비해 알루미늄 공기 배터리의 다른 장점입니다.

더 저렴하게
안정
채광 및 정제 측면에서 탄소 발자국 감소
훨씬 더 많은 에너지를 저장합니다.
알루미늄과 공기로 만들어진 배터리로 인해 대부분의 다른 배터리보다 가볍습니다.
높은 재활용성

장점에도 불구하고 이 배터리에는 몇 가지 단점이 있습니다. 첫째, 1차 전지라는 단점이 있다. 기본적으로 배터리가 방전되거나 방전되면 충전할 수 없습니다. 또한 배터리 내부의 공기는 알루미늄 양극을 부식시킵니다. 따라서 배터리의 알루미늄 플레이트를 교체해야 하며 이는 비용이 많이 들 수 있습니다. 또한 배터리 생산 비용은 배터리에 포함된 은의 가격 변동에 영향을 받을 수 있습니다.

리튬 이온 배터리 문제

과학자들은 EV 시장을 지배하는 리튬 이온 배터리의 단점으로 인해 더 나은 배터리를 개발해 왔습니다. 리튬 이온 배터리에 사용되는 리튬, 니켈, 코발트는 특정 지역에서만 발견되는 희토류 금속입니다. 현재 EV는 도로 위 차량의 6%를 차지하며 이러한 금속 채굴이 순조롭게 진행 중입니다. EV 수치가 50% 또는 80%로 올라갈 때를 상상해 보십시오. 리튬 이온 배터리의 다른 단점은 다음과 같습니다.

가격이 하락했지만 생산 비용이 비싸다.
리튬 불안정성
국가 그리드에 대한 스트레스
비싸고 정교한 충전 네트워크
더 많은 리튬 배터리가 재활용되고 있지만 채광 및 정제와 관련된 환경 영향

배터리 교체 대 재충전

이미지 제공: bfishadow/ 위키미디어 공용

고려할 때 염두에 두어야 할 요소가 있습니다 배터리 교체 대 재충전 . 한 번 충전으로 동일한 범위를 얻으려면 리튬 이온 배터리의 1/8 크기의 배터리 팩이 필요합니다. Al-air 배터리의 경량화로 인해 EV는 더 멀리 이동할 수 있어 전반적인 효율성이 향상됩니다.

또한 필요할 때 쉽게 교체할 수 있도록 쉽게 접근할 수 있는 EV 내 위치에 배터리를 포장하는 것이 더 쉽고 편리할 것입니다. 일부 회사는 알루미늄-공기 EV 배터리 교체 시간을 단 3분으로 추산하여 EV 소유자를 빠르게 도로에 복귀시킬 수 있습니다.

추정에 따르면 Al-air 배터리는 약 5,400마일을 지속합니다. 질문은 다음과 같습니다. 왜 누군가가 재충전하는 대신 이 경로를 선택할까요? Al-air-powered EV를 사용하면 충전소를 찾지 않고도 훨씬 더 멀리 갈 수 있습니다. 또 다른 이유는 소모된 Al-air 배터리를 재활용 배터리로 교체하는 것이 배터리보다 훨씬 저렴하기 때문입니다. Tesla 배터리 교체 비용 . 교체 가능한 부품은 100% 재활용이 가능한 알루미늄 플레이트뿐이므로 주행 거리만큼 비용을 지불하면 됩니다.

알루미늄-공기 배터리는 미래입니까?

오늘날의 전기 자동차에 Al-air 배터리를 사용하는 것이 가능합니다. 이러한 배터리는 배터리 교체 스테이션이 더 보편화됨에 따라 인기가 높아질 것입니다. 그때까지는 리튬 이온 배터리 EV의 범위를 확장하는 데 사용할 수도 있어 충전할 수 없을 때 충전해야 하는 문제를 해결할 수 있습니다.

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결국 EV 구매자는 배터리를 교체하거나 차량을 충전할 수 있는 선택권을 갖게 되어 궁극적으로 모든 사람의 이익을 위해 보다 다양한 EV 시장을 만들 수 있습니다. 이에 따라 완전히 전기차 기반의 세상으로의 전환은 계속 가속화될 것입니다.