리튬 배터리에 대한 흥미로운 사실. 엔지니어나 구매 담당자는 리튬 배터리를 자주 접하게 됩니다. 지게차에 동력을 공급하고, 데이터 센터를 백업하며, 리튬 배터리는 상업용 ESS 평가하고 있습니다. 사양(전압, 암페어 시간)을 알고 있습니다, 주기 수명. 사양서에는 중요한 내용이 나와 있지 않습니다.
데이터에서 한 발짝 물러서면 진정한 인사이트를 얻을 수 있습니다. 현대 세계를 움직이는 화학에 대해 알아야 할 몇 가지 사실을 알아보세요.
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리튬 배터리의 역사: 최근의 혁명
고풍스러운 느낌입니다. 그렇지 않습니다. 리튬 이온은 새로운 기술입니다. 기초 과학은 70년대에 M. 스탠리 휘팅엄에 의해 이루어졌습니다. 이후 존 구디너프와 요시노 아키라가 중요한 돌파구를 마련하여 2019년 노벨상을 수상했습니다.
하지만 1991년 소니의 상업용 배터리가 실제로 불을 지폈습니다. 실험실 개념에서 글로벌 인프라로 도약한 소니의 기술은 놀라울 정도로 빠르게 발전했습니다.
리튬 배터리의 작동 원리
원리는 간단합니다. 이온은 음극과 양극이라는 두 전극 사이를 이동합니다. 충전하면 이온이 양극으로 이동합니다. 방전은 이온을 음극으로 되돌려 보냅니다. 내부의 이온 이동은 전자를 외부로 이동하게 합니다. 이것이 바로 우리가 사용하는 전류입니다.
왜 리튬일까요? 두 가지 이유입니다. 가장 가벼운 금속입니다. 전기 화학적 전위가 가장 높습니다. 이 조합은 한 가지를 제공합니다. 에너지 밀도. 더 많은 파워, 더 적은 무게. 기존의 납축 기술은 그 근처에도 갈 수 없습니다. 양극 소재가 배터리의 성격을 결정합니다. LFP(리튬인산철)를 선택하는 이유는 다음과 같습니다. 산업 장비 안전하고 오래 사용할 수 있어야 하기 때문입니다.
리튬 배터리에 대한 놀라운 사실
- 선반에서 죽지 않습니다. 리튬 이온의 주요 특징은 거의 제로에 가까운 자체 방전 속도입니다. 한 달에 1-2% 정도입니다. 20% 이상의 손실이 발생할 수 있는 기존 NiCd 기술과 비교해보세요. 몇 달 동안 보관한 도구가 여전히 작동하는 이유입니다.
- "리튬"은 다양한 의미로 사용됩니다. 휴대폰의 배터리? 얇고 유연한 리튬 이온 폴리머(LiPo)일 가능성이 높습니다. 전기차? 아마도 최대 주행 거리를 위해 니켈 망간 코발트(NMC)를 사용할 것입니다. 하지만 지게차 배터리고성능 골프 카트또는 RV 보조 배터리는 LFP(리튬인산철)가 될 것입니다. 이러한 애플리케이션에서는 내구성, 안전성, 장기적인 비용이 중요합니다.
리튬 배터리 수명 및 사이클 수명
하지만 배터리의 수명은 한정되어 있습니다. 배터리의 주기 수명-용량이 떨어지기 전에 얼마나 많은 충전/방전 사이클을 처리할 수 있는지는 전적으로 화학 물질에 따라 달라집니다:
- LFP(리튬인산철): 4,000 - 8,000회 이상의 주기. 산업용 하드웨어 및 다음과 같이 사용량이 많은 경우의 확실한 승자 RV 및 독립형 태양광.
- NMC(니켈 망간 코발트): 1,000~3,000주기. 많은 전기 자동차에 적합한 절충안입니다.
- LCO(리튬 코발트 산화물): 500 - 1,000회. 3년 후에는 더 이상 사용되지 않을 소비자 가젯에는 충분합니다.
그리고 현장 데이터에서 한 가지 분명한 것은 열이 배터리의 #1 킬러라는 점입니다. 높은 온도는 용량을 영구적으로 파괴합니다. 되돌릴 수 없습니다.
알아야 할 안전 정보
화재 관련 헤드라인을 보셨을 겁니다. 현실은 이렇습니다. 제대로 설계된 리튬 배터리는 놀라울 정도로 안전합니다. 여러 겹의 보호 장치가 있습니다. 걱정해야 할 고장 모드는 다음과 같습니다. 열 폭주. 연쇄 반응. 한 셀이 과열되어 옆에 있는 셀을 가열하면 다음 셀이 가열됩니다.
배터리 관리 시스템(BMS)이 이를 막는 역할을 합니다. 이 시스템은 모든 셀의 전압, 온도, 전류를 감시하는 전용 컴퓨터입니다. 결함이 감지되면 전원을 차단합니다. 즉시. 이는 모든 나트륨 이온 배터리 팩 또는 리튬 시스템에서 가장 중요한 안전 장치입니다.
환경 및 재활용 사실
채굴이 미치는 영향은 실제 문제입니다. 업계의 해답은 재활용에 대한 대규모 투자입니다. 새로운 습식 제련 방법을 사용하면 리튬, 코발트, 니켈과 같은 귀금속을 95% 이상 회수할 수 있습니다.
엄청난 개선입니다. 이는 오래된 전기차 배터리가 새 배터리의 원료가 되는 진정한 '순환 경제'의 시작입니다.
당신이 몰랐던 놀라운 애플리케이션
이 기술은 휴대폰을 훨씬 뛰어넘는 기술입니다.
- 우주 탐험: NASA의 화성 탐사선과 ISS는 고도로 개조된 리튬 이온 팩으로 작동합니다. 이들은 진공 상태와 극심한 온도 변화를 견뎌내야 합니다.
- 해양 애플리케이션: 물 위에서는 고장이란 선택 사항이 아닙니다. 무소음 잠수함 동력부터 해양 백업 전력 상업용 선박에서
- 의료 기기: 심박 조율기. 제세동기. 10년 이상 사용할 수 있도록 설계된 특수 비충전식 리튬 배터리를 사용합니다.
- 개인 에너지 및 모빌리티: 공장 현장의 견고한 LFP 기술이 이제 개인용 장비에도 적용되었습니다. 하이엔드 골프 카트. 현대 RV 모든 것을 오프 그리드로 실행합니다. 발전기 없이.
재미있고 잘 알려지지 않은 퀴즈
- "리튬 이온"은 약간 오해의 소지가 있습니다. 대부분의 세포에는 금속성 리튬이 존재하지 않습니다. 리튬은 이온으로만 존재합니다.
- Tesla Model S 한 대의 배터리는 약 10,000대의 아이폰에 해당하는 리튬을 탑재하고 있습니다.
리튬 배터리를 최대한 활용하기 위한 팁
- 0으로 실행을 중지합니다. 그것은 화학을 강조합니다. 부분적인 주기가 더 좋습니다.
- 반만 채운 상태로 보관하세요. 장기 보관의 경우 40-70% 충전이 목표입니다. 100%가 아닙니다.
- 냉정함을 유지하세요. 뜨거운 차 안은 배터리를 가장 빨리 소모하는 곳입니다. 직사광선도 마찬가지로 나쁩니다.
결론
결론은 무엇일까요? 리튬 배터리는 단순한 부품 번호가 아닙니다. 복잡한 화학의 한 조각입니다. 어떻게 작동하고 어떻게 실패하는지 알면 더 나은 결정을 내릴 수 있습니다. 더 나은 조달, 더 나은 운영. 화학을 존중하면 자산의 성능이 향상됩니다.
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자주 묻는 질문
리튬 배터리는 얼마나 오래 사용할 수 있나요?
연도가 아닌 주기로 생각하세요. 중요한 것은 화학입니다. 산업 LFP 배터리 를 사용하면 4,000회 이상, 10년 이상 쉽게 사용할 수 있습니다. 저가 휴대폰의 배터리는 500회 정도만 사용할 수 있습니다.
리튬 배터리를 과충전할 수 있나요?
아니요. 제대로 작동하는 배터리 관리 시스템(BMS)은 그런 일이 일어나지 않도록 합니다. 배터리 관리 시스템의 전체 목적은 이를 방지하는 것입니다. BMS는 선택 사항이 아닙니다.
모든 리튬 배터리는 안전한가요?
평판이 좋은 제조업체의 제품인가요? 그리고 사양 내에서 사용되나요? 네, 매우 안전합니다. 안전은 셀 품질과 BMS에 달려 있습니다. 고장의 원인은 값싸고 규제되지 않은 배터리 또는 물리적 남용이라는 두 가지로 거슬러 올라갑니다.
겨울에 매우 추워지는 창고에 배터리가 필요한 경우 어떻게 해야 하나요?
이는 고전적인 엔지니어링 문제입니다. 표준 리튬 이온은 추위에서 잘 작동하지 않습니다. 두 가지 경로가 있습니다. 극한의 온도 성능. 경로 1: 히터가 내장된 LFP 배터리. 경로 2: 다음과 같은 새로운 기술을 살펴보세요. 나트륨 이온 배터리. 본질적으로 추위에 훨씬 더 잘 견딥니다.