휴대폰의 대중화 이후 이차 전지의 중요성은 전 세계적으로 꾸준히 증가하고 있습니다. Wikipedia에 따르면 2013년 전 세계적으로 68억 대의 휴대전화(스마트폰 포함)가 사용되었으며 전 세계 인구 100명 중 97명이 최소 한 대의 휴대전화를 소유하고 있습니다. 이 수치에는 우리 중 가장 가난한 사람들도 포함됩니다. 많은 수의 사용자가 단순한 음성 통화(및 간헐적 문자 메시지)를 넘어선 것은 아니지만 유용하고 우수하며 사용하기 쉬운 무료 “앱”(또는 앱)이 날로 다양하고 숫자가 증가하고 있습니다. , “주류” 휴대전화 사용자가 되기 위해 이 범주에서 점차 많은 사람들을 끌어들이고 있습니다. 현재 PC를 기본 컴퓨터로 사용하는 많은 사람들은 PC가 곧 컴퓨팅 세계에서 자신의 패권을 포기할 것임을 알고 스마트폰으로 전환하기 시작했습니다. 이러한 요인으로 인해 2020년까지 휴대폰 사용자 수가 35%(전 세계적으로 92억 명) 증가할 것입니다.
휴대폰이 더 얇고, 더 가벼우며, 더 똑똑해지고, 더 큰 화면을 사용함에 따라, 더 많은 전력을 소모하게 됩니다. 따라서 미래 스마트폰의 성공을 위해서는 쓰레기가 버리기 전에 여러 번 재충전할 수 있는 고용량 충전식 배터리가 절실히 필요합니다.
웰빙을 위해 급속 충전 배터리에 의존하는 다른 중요한 애플리케이션도 있습니다. 하나는 전기차(EV) 산업이다. 사용자는 배터리 충전 시간이 현재 주유소에서 충전하는 데 걸리는 시간(4~5분 정도)과 비슷할 것으로 기대하고 있습니다. 또 다른 중요한 애플리케이션은 스마트 그리드에 있습니다. 스마트 전력 관리 스테이션은 사용자의 전기 입력 및 출력을 관리합니다. 잉여 에너지(입력이 수요를 초과할 때마다)를 저장하고 부족할 때마다 방출하기 위해 고용량, 고속 충전/방전 배터리가 필요합니다. 덜 중요하지만 중요한 것은 스마트 시계, 스마트 홈 및 개인 건강 장치(PHD)에 사용되는 급속 충전 배터리입니다.
몇 년 전, 리튬 이온 배터리(현재 사용되는 최고의 배터리 기술)가 미래의 수요에 완전히 부적합하다는 것이 분명해졌습니다. 리튬 이온 기술과 미래의 배터리 사이에는 너무 큰 격차가 있어서 배터리 기술의 “양자 도약”(또는 혁명)만 있으면 충분하다는 것이 분명해졌습니다. 따라서 아직 뉴스에는 나오지 않았지만 많은 주요 대학 및 기업 R&D 센터에서 다음과 같은 기능을 갖춘 미래의 첨단 배터리 기술을 찾기 위해 열광적이고 열광적인 연구를 수행했습니다. 몇 분 또는 몇 초(와우!), 더 가벼운 무게(EV 배터리의 경우 절반), 더 높은 용량, 안전(2013년 보잉 787 사고를 연상시키는 전기 화재 및 폭발이 없을 것으로 예상됩니다! ), 현저히 낮은 비용, 손쉬운 취급 및 사이클 타임 수천 수만!
1~2년 안에 기술의 “양자 도약”을 달성한다는 생각은 최근 과학계의 많은 사람들을 놀라게 할 것입니다. 하지만 지금은 상황이 바뀌었습니다! 근래 인류가 과학지식의 지평을 유례 없이 발전시킨 후 과학지식의 정점에 앉아 있는 오늘날의 연구원들은 한 마디로 유망한 해법을 제시하고 있는 것 같습니다!
따라서 이 기사를 작성하는 시점에 연구되고 있는 가장 유망한 기술 목록이 있습니다. (참고: 고속 충전 배터리 연구는 현재 1위를 차지하기 위해 경쟁하는 많은 대체 기술로 가득 차 있습니다. 저자는 너무 많은 기술로 인해 완전한 목록을 제시하려고 시도하지 않았습니다. 대신 아래 목록은 자신의 생각에 가장 좋은 것을 나타냅니다. 많은.)
알루미늄 흑연 기술(자세한 내용은 참조 번호 2 및 4 참조):
목록의 맨 위에는 미국 스탠포드 대학에서 개발 중인 알루미늄-흑연 기술이 있습니다. 1분(예, 60초!) 로딩 시간 때문에 놀랍습니다. 용량은 리튬 이온의 약 절반이지만 놀라운 충전 시간으로 이러한 단점을 보완합니다. 약 1000회 충전 주기의 리튬 이온 수명과 비교하여 알루미늄 흑연은 최소 7500회 주기를 지속합니다. 리튬이온보다 훨씬 안전합니다. 연구자들은 구멍을 뚫어도 불이 붙지 않는다고 합니다!
알루미늄 공기 기술(EV용)(참조 번호 1 및 2):
알루미늄-에어(Al-air) 배터리는 공기 중의 산소를 양극으로 사용하기 때문에 별도의 산화제가 필요하지 않다. 이 유형의 배터리는 가솔린 구동 배터리와 경쟁할 만큼 충분한 전력을 EV에 공급할 수 있는 에너지 밀도를 가지고 있습니다. 1회 완전 충전은 약 1000마일입니다! 한 달에 2,000마일을 운전하는 경우 몇 번만 충전하면 됩니다!
이 배터리의 놀라운 점은 무게가 현재 리튬 배터리의 절반에 불과하다는 것입니다. 배터리 무게가 절반으로 줄면 승객과 화물을 운반하는 데 훨씬 더 많은 탑재량이 생깁니다(참고: 배터리는 전기 자동차에서 단연코 가장 무거운 부품입니다. 예를 들어 Tesla Roadster에서 배터리는 약 1/3을 차지합니다. 전체 무게의 1/6에 해당하는 감량된 무게가 어마어마합니다.)
알루미늄 공기 기술(EV용)(참조 번호 2):
이것은 위에서 언급한 또 다른 유형의 Al-air 기술입니다. 물(일반 및 바닷물 모두)로 작동하고 리튬 이온 용량의 40배이기 때문에 훌륭합니다!
나노 기술에 기반한 고속 충전(참조 번호 5):
이스라엘의 첨단 고속충전 배터리 기업 스토어닷(StoreDot Ltd.)이 범용 스마트폰 충전기 ‘스마트폰용 플래시 배터리(FlashBattery for SmartPhones)’를 출시한다. 이 회사는 나노 기술을 사용하여 생성/조작된 독점 유기 화합물을 사용합니다.
놀라운 점은 무엇입니까? 제조사나 모델에 관계없이 모든 전화기를 1분 안에(최대) 충전할 수 있습니다!
충전기는 스마트폰 외에도 노트북, PHD, 태블릿 등을 충전하는 데 사용할 수 있습니다. 그러나 함정이 있습니다. 입증되었지만 아직 상용화되지 않았습니다! 소매점에서 사용할 수 있으려면 지금부터 1년이 걸릴 수 있습니다.
스토어닷은 곧 전기차용 급속충전기 ‘EV용 플래시배터리’도 선보일 예정이다. 이 제품은 5분 안에 자동차 배터리를 충전하도록 설계되었습니다!
전파를 통한 고속 충전(참조 번호 2):
이 기술에서 충전에 사용되는 전기 에너지는 전파를 통해 전송됩니다.
무선이며 최대 20피트 떨어진 곳에서 충전된다는 점을 제외하면 그다지 놀라운 일은 아닙니다. 그리고 함정이 있습니다. 시장에서 즉시 구할 수 있는 것은 아닙니다.
유기 흐름 기술(참조 번호 2 및 Wikipedia):
MIT(Massachusetts Institute of Technology)에서 개발한 유기 플럭스 기술은 유기 물질인 AQDS(9,10-anthraquinone-2,7-disulfonic acid)를 전하 캐리어로 사용하여 전기를 생성합니다.
우리는 전기 생산 비용의 97% 절감에 매료되었습니다. 금속 배터리는 700달러에 1KWh의 전력을 제공하지만 유기 흐름 배터리는 27달러에 그만큼의 전력을 제공합니다!
나노 배터리(참조 번호 2, 6 및 Wikipedia):
나노파일은 “나노” 크기의 셀(즉, 최대 -9미터에 이르는 10의 크기)로 제조됩니다. “나노” 배터리는 전기 절연막 또는 금속 화합물(예: 산화알루미늄)의 얇은 절연막으로 분리된 작은 구멍(또는 “나노 기공”)에 두 개의 전극을 배치하여 생성됩니다. 많은 수의 “나노 기공”이 함께 융합되어 전체 배터리를 형성합니다.
그들에 대한 어떤 최상급? 예! 나노 기공은 크기가 너무 작아서 개별적으로 볼 수 없습니다. 리튬 이온 에너지의 4배에 달하는 에너지를 보유하고 10분 만에 충전할 수 있습니다. 또한 약 1,000번의 충전 주기 동안 지속됩니다.
NTU의 LITHIUM TITANIUM DIOXIDE TECHNOLOGY(EV용)(Ref.7&Wikipedia):
싱가포르 난양공과대학교(NTU)의 획기적인 기술입니다. NTU는 리튬 이온 배터리에서 발견되는 흑연 음극을 저렴한 이산화티타늄 젤로 대체함으로써 단 2분 만에 용량의 70%까지 충전하는 초고속 충전 배터리를 개발했다고 주장합니다! 2분의 충전 시간 외에도 놀라운 것은 20년이라는 놀라운 수명입니다.
주로 전기차를 대상으로 하는 배터리 수명 요소는 잦은 배터리 교체로 인해 발생하는 비용을 크게 줄일 수 있을 것으로 기대된다.
노트: 앞서 언급했듯이 급속 충전 배터리 연구는 오늘날 많은 유망한 대체 기술로 가득 찬 진화하는 분야입니다. 금속 폼 기질, 실리콘, 나트륨 이온, 소변 공급 미생물 연료 전지, 태양열, 수소, 양초 그을음 및 기타 R&D에 기반한 기술은 위의 목록에서 제외되었으며 저자는 이것이 최고라고 생각합니다. 많이 한 가지 눈에 띄는 누락은 초음파로 전송된 전기를 사용하여 충전하는 Meredith Perry의 “공기 충전” 기술입니다. 최근까지 매우 인기 있고 기대되는 기술은 분명히 최종 평가 테스트를 통과하지 못했기 때문에 무시할 수 밖에 없었습니다.
참조: (참조번호 3~7에 액세스하려면 브라우저에서 잘라내기 + 붙여넣기 링크가 필요합니다.)
1. Jeffrey Marlow, “가장 인기 있는 과학 연구 분야 10가지”, 가장 인기 있는 과학 연구 분야 10개 | 유선, http://www.wired.com/2013/08/the-10-hottest-fields-of-science-research/
2. Pocket-lint, “미래의 배터리, 출시 예정: 몇 초, 지난 달, 무선 충전”, 미래의 배터리, 출시 예정: 몇 초, 지난 달 및 공중에서 충전 – 포켓 린트, http://www.pocket-lint.com/news/130380-future-batteries-coming-soon-charge-in-seconds-last-months-and-power-over-the-air
3. ScienceDaily, “Battery Research”, 배터리 뉴스 — Science Daily, sciencedaily.com/news/matter_energy/batteries/
4. 스탠포드 대학, “기존 배터리에 대한 안전한 대안을 제공하는 스탠포드 알루미늄 배터리”, news.stanford.edu/news/2015/march/aluminium-ion-battery-033115.HTML
5. StoreDot Ltd., “스마트폰용 FlashBattery”, StoreDot What We Do, store-dot.com/#!smartphones/c1u5l
6. 아르스테크니카, “다수의 나노전지로 이루어진 새로운 전지” | Ars Technica, arstechnica.com/science/2014/11/new-battery-composed-of-lots-of-nanobatteries/
7.난양 공과 대학, “NTU, 20년 동안 지속되는 초고속 충전 배터리 개발”, News Detail, media.ntu.edu.sg/NewsReleases/Pages/newsdetail.aspx?news=809fbb2f-95f0-4995-b5c0-10ae4c50c