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Mar 24, 2024

리튬의 약속

변화를 주도하다 비용이 저렴하고 밀도가 높은 리튬-황 배터리는 시장에 출시된다면 운송의 미래를 주도할 수 있습니다. 작성자: Katie Fehrenbacher 2023년 3월 7일 캘리포니아에 거주하는 Lyten

변화를 주도하다

비용이 저렴하고 밀도가 높은 리튬-황 배터리는 시장에 출시된다면 운송의 미래를 주도할 수 있습니다.

케이티 페렌바커(Katie Fehrenbacher)

2023년 3월 7일

캘리포니아에 본사를 둔 스타트업 Lyten은 리튬-황 배터리를 개발하고 있습니다. 기업과 과학자들은 리튬 이온 다음으로 차세대 배터리가 될 수 있는 획기적인 배터리의 코드를 해독하기 위해 안간힘을 쓰고 있습니다. 이미지 제공: Shutterstock/T. 슈나이더

황 원소는 값싸고 풍부하다. 지구상에는 석유와 천연가스가 모두 제거된 후 화석 연료 정제소 외부에 커다란 노란색 물질 더미가 쌓이는 경우가 많습니다.

그러나 화학반응으로 전기가 생성되는 방식을 연구하는 전기화학자들은 오랫동안 황을 놀라운 에너지 저장을 위한 매력적인 전망으로 보아 왔습니다. 리튬과 황의 조합은 오늘날 노트북과 전기 자동차에 사용되는 리튬 이온 배터리보다 더 많은 에너지를 저장하고 더 저렴하게 만들 수 있는 특별한 배터리를 만들 수 있는 잠재력을 갖고 있기 때문입니다.

상업용 리튬-황 배터리는 "모든 것을 전기화하는 것이 쉬운" "풍부한 전기화"를 만들 수 있다고 지난 1월 샌프란시스코에서 열린 Bloomberg New Energy Finance Summit에서 스타트업 Lyten의 최고 배터리 기술 책임자인 Celina Mikolajczak이 말했습니다. 라이텐은 리튬-황 배터리를 개발하고 있다.

현재 리튬 이온 배터리는 제한된 니켈 공급으로 인해 어려움을 겪고 있습니다. 오늘날 리튬이온 배터리의 또 다른 핵심 성분인 코발트는 주로 콩고민주공화국에서 채굴됩니다. 콩고민주공화국의 코발트 광산은 인권 문제로 어려움을 겪고 있습니다. 아이디어는 황의 풍부함과 저렴한 비용으로 인해 리튬-황 배터리를 훨씬 더 저렴하게 만들고, 킬로와트시당 약 150달러의 비용이 드는 현재 리튬 이온 배터리 팩보다 문제가 있는 지역에 덜 의존하게 만들 수 있다는 것입니다.

동시에, 배터리에 황을 사용하면 이론적으로 매우 높은 에너지 밀도, 즉 배터리가 1회 충전으로 보유할 수 있는 에너지 양을 제공할 수 있습니다. 오늘날의 EV는 한 번 충전으로 약 300마일을 주행할 수 있지만 리튬-황 배터리는 잠재적으로 그 범위를 두 배로 늘리거나 리튬 이온 배터리에 비해 무게가 절반인 EV를 만들 수 있습니다.

적어도 이것이 큰 희망입니다. 리튬-황 배터리는 여전히 연구실에만 국한되어 있습니다.

그러나 인플레이션 감소법에 따라 미국의 신흥 배터리 부문에 자금이 유입되면서 기업과 과학자들은 리튬 이온 다음으로 차세대 배터리가 될 수 있는 획기적인 배터리를 개발하기 위해 코드를 해독하기 위해 안간힘을 쓰고 있습니다. 문제는 잠재적으로 EV를 가속화하고 청정 에너지를 저장할 수 있는 기술입니다.

가장 큰 문제는 대량 생산 시 광고대로 작동하는 리튬-황 배터리를 기업이 개발하고 제조할 수 있는지 여부입니다. 신생 기업, 연구원 및 대형 배터리 회사가 화학 연구를 진행하는 동안 리튬-황 배터리는 대규모로 상업적으로 제조되지 않습니다.

BNEF 정상회담에서 Mikolajczak은 "유황은 제어하기 어렵습니다. 리튬은 제어하기 어렵습니다. 이 두 가지 요소를 결합하면 작업하기 정말 어려운 화학이 생성됩니다"라고 말했습니다. "이 화학이 오랫동안 활용되지 않은 이유가 있습니다."

한 가지 문제는 리튬-황 배터리의 양극으로 사용되는 황이 충방전되면서 상변화를 겪는다는 점이다. 고체에서 액체로 변하고 다시 고체로 돌아갑니다. Mikolajczak은 이것이 정말 "까다롭다"고 말했습니다. "작업하기가 고통스럽습니다. 머리가 터질 것 같습니다."

리튬-황 배터리에 대한 초기 시도에서는 황 화합물이 이온이 충전 및 방전되는 매체(보통 액체)인 전해질에 용해되는 것을 확인했습니다.

리튬-황 배터리를 개발하려는 많은 시도는 충전 과정에서 형성될 수 있는 작은 금속 구조물인 수지상 돌기를 개발하는 저기능 배터리로 끝났습니다. 수상돌기는 단락 및 배터리 고장을 일으키며, 리튬-황 배터리는 높은 충전 주기를 유지하는 데 어려움을 겪었습니다.