What are electric car batteries made of?
최첨단 배터리는 지속 가능한 이동성 전환에서 점점 더 중요한 역할을 하고 있습니다. 배터리 구동 전기차(EV)는 우리의 이동방식을 변화시키고 있습니다. 그러나 이러한 기술의 배후와 이를 가능하게 하는 놀라운 소재 특성화를 완전히 이해하는 사용자는 거의 없습니다.
EV 배터리의 다양한 유형
현재 EV에 가장 일반적으로 사용되는 리튬 이온 배터리 화학은 니켈 망간 코발트(NMC)와 리튬 인산철(LFP)입니다. NMC 화학은 가장 높은 에너지 밀도(충전당 주행 거리)를 제공하지만, 코발트 사용으로 인해 높은 가격표와 환경 문제를 초래합니다. LFP는 저렴하고 안전하지만 에너지 밀도가 낮습니다. 연구 및 개발에서는 많은 화학 반응이 낮은 비용으로 더 높은 에너지 밀도를 목표로 하고 있으며 독성이 높고 비싼 요소의 사용을 제거하려고 합니다. 리튬-설퍼, 나트륨/칼륨 이온 배터리, 고체 전해질을 갖춘 고체 배터리가 현재 사용되는 화학 반응에 대한 새로운 대안으로 떠오르고 있습니다.
리튬 이온 배터리는 무엇으로 만들어졌나요?
EV 리튬 이온 배터리는 양극(NMC 또는 LFP), 음극(흑연 또는 실리콘), 분리막(PVDF 폴리머) 및 전해질로 구성되어 있습니다. 양극과 음극은 각각 Al과 Cu 전류 집합체에 코팅되어 있습니다. 따라서 NMC 배터리의 경우 리튬, 망간, 코발트, 니켈, 흑연, 알루미늄 및 구리가 주로 포함됩니다. 예를 들어, 테슬라 모델 3(75 kW-시 배터리)은 12kg의 리튬, 50kg의 니켈, 4.5kg의 코발트, 4kg의 망간(= 105kg NCM811), 70kg의 흑연, 20kg의 알루미늄 호일 및 25kg의 구리 호일을 사용합니다. 이 외에도 각 셀은 스틸 케이스를 가지고 있으며 전체 배터리 팩에도 알루미늄과 스틸 케이스가 포함되어 있습니다.
EV 배터리 구성 요소의 지속 가능한 해결책
리튬 이온 배터리 제조는 재료 공급 문제에 직면하고 있습니다. 리튬, 니켈, 코발트 광물이 제한되어 있기 때문입니다. 또한, 이러한 광물을 채굴하는 데 환경 문제가 있습니다. 배터리 제조에서 지속 가능성은 생산 과정에서의 폐기물 관리, 배터리 재활용 및 더 풍부한 광물을 적게 사용하는 새로운 화학 반응을 통해 달성할 수 있습니다. 배터리 제조에서의 생산 폐기물은 프로세스 최적화에 따라 5%에서 20%까지 범위가 있을 수 있습니다. 산업 4.0 기반의 솔루션은 이를 5% 이하로 줄일 수 있습니다. 배터리 재활용은 유독한 배터리 물질이 매립지로 가는 것을 방지할 뿐만 아니라 광산에 대한 대체 재료 공급망으로도 작용합니다. 마지막으로, 새 화학 반응은 코발트와 같은 유독하고 비용이 드는 재료를 제거할 뿐만 아니라, 이를 완벽하게 상용화했을 때 동일한 양의 재료로 더 높은 주행 거리를 제공할 것입니다.
더 나은 배터리 기술을 위한 세계 최고의 분석
현재의 배터리 생산을 최적화하거나 새로운 배터리 화학 반응을 개발하는 것은 재료와 프로세스에 대한 심도 있는 통찰을 제공하는 견고하고 신뢰할 수 있는 분석 도구 없이는 불가능합니다. 여기에서 Malvern Panalytical은 첨단 분석 솔루션으로 배터리 산업을 지원하고 있습니다;
Aeris와 Empyrean range의 X선 디프렉토미터는 원자 규모에서 재료의 특성에 대한 인사이트를 제공하는 고성능, 다재다능하며 사용자 친화적인 도구입니다. 이는 음극/양극 재료의 결정 완전도, 양이온 혼합 또는 흑연화 정도와 같은 결함, 또는 단일 결정 입자 성장 여부를 판단할 수 있으며, 우리의 XRD 시스템은 몇 분 내에 정확한 결과를 제공할 수 있습니다. 결과적으로 이는 EV 배터리 설계자가 가속력, 주행 거리 및 확장성 등 요소를 최적화할 수 있도록 보장합니다.
우리의 Zetium 및 Epsilon range의 XRF를 이용한 원소 분석은 합성된 전구물질 및 전극 재료의 원소 구성을 빠르고 정확하게 결정할 수 있습니다. 또한, 이는 배터리 재활용 과정에서 수처리 용액의 원소 농도를 결정하는 데 중요한 도구가 될 수 있습니다.
입자 크기와 모양은 배터리 전극 재료의 성능 최적화에 중요한 역할을 합니다. 저희의 Mastersizer 및 Morphologi 범위의 솔루션은 입자 크기 및 모양을 자동 측정하는 QC 및 연구개발 도구로, 높은 정확도와 반복성을 제공합니다.
마지막으로, 산업 4.0을 달성하기 위해 우리는 입자 크기(Insitec range), 액상 전구물질의 원소 구성(Epsilon Xflow), 전극 코팅의 원소 구성(Epsilon Xline)에 대한 온라인/오프라인 프로세스 제어 솔루션 및 모든 분석 솔루션의 실험실 자동화를 제공합니다.
EV 배터리 산업의 미래를 이끄는
저희 기술과 기기를 통해 전 세계의 연구자 및 업계 이해관계자와 협력하여, Malvern Panalytical은 배터리 개발 프로세스를 혁신하고 지속 가능한 이동성 전환을 이끄는 데 필요한 혁신을 추진하고 있습니다!
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