ToyotaLithium-metal 배터리는 현재 전기 및 하이브리드 차량에서 사용되지 않고 있지만, 리튬 이온 배터리에 비해 더 높은 에너지 밀도와 가벼운 무게를 제공한다. 그럼에도 불구하고 이러한 이점을 가지고 있는 리튬-메탈 배터리는 몇 번의 충전 사이클만에 빠르게 분해되는 결함이 있어 실제로 생산용 전기차의 선택으로는 적합하지 않았다. 그러나 스탠포드 대학의 새 연구에 따르면, 단순히 배터리에 휴식을 주는 것만으로도 분해를 빠르게 복구하여 실제 세계에서 사용할 수 있을 정도로 충분한 수준으로 되돌릴 수 있다는 것을 발견했다. 리튬-메탈 배터리와 리튬-이온 배터리의 주요 차이점은 어노드에 있다. 평범한 리튬-이온 배터리는 그래핏 어노드, 리튬 금속 산화물 양극, 액체 전해질이 포갠 구조로 되어 있다. 리튬 이온은 양극과 음극 사이의 전해질을 통해 왕복하며 이동한다. 그러나 리튬-메탈 배터리는 그래픽 어노드를 기존 리튬 금속 산화물 양극 대신 전기도금된 리튬 금속으로 대체한다. 이는 더 가벼우면서도 같은 공간에 두 배의 에너지를 저장할 수 있게 한다. “리튬-메탈 배터리를 장착한 차량은 같은 크기의 리튬-이온 차량에 비해 두 배의 주행 거리, 예를 들어 300마일 대신에 600마일을 주행할 수 있다.”라고 화학 박사과정 학생인 Philaphon Sayavong은 말했다.이 두 배의 주행 거리는 증가된 에너지 밀도와 가벼운 무게에 기인한다. 단점은 리튬 이온이 금속 양극에서 음극으로 이동하는 과정에서 일부 이온이 고체 전해질 중간층에 포착되기 때문에 이중화된다는 것이다. 이전에 도말 고체 전해질 중간층(SEI)은 전해질과 양극이 만나는 부분의 스펀지 같은 매트릭스로, 금속 양극에서 분리된 리튬의 조각을 둘러싸고 있으며 이들이 어떠한 화학 반응에도 참여하지 못하도록 방지한다. “도말 고체 전해질 중간층은 본질적으로 분해된 전해질이다.”라고 재료과학 및 공학에서 박사과정 학생인 Wenbo Zhang는 말했다. “ISO 배양 플라스크 휴면 상태에 1시간만 휴식을 주면 죽은 리튬을 둘러싸고 있는 SEI 매트릭스의 어느 정도가 사라진다는 것을 발견했습니다.”라고 Sayavong은 말했다. “그래서 배터리를 다시 충전할 때, 덜 부피를 차지하는 고체 질량 때문에 죽은 리튬은 양극과 다시 연결됩니다.”기존 EV, 스마트폰 또는 전통적인 리튬-이온 배터리 등에서 이 방법을 시도하는 것은 전체 수명을 빠르게 줄이는 좋은 방법이기 때문에 리튬-메탈 배터리에는 유용하지 않다는 것을 명심하는 것이 중요하다. 자동차 배터리를 여러 시간 동안 쉬게 하는 것은 실용적이지 않지만, 배터리 팩은 수백 개 또는 수천 개의 개별 셀로 구성되어 있기 때문에 배터리 관리 소프트웨어를 조정하여 일부 셀은 완전히 방전되고 휴식을 취하는 동안 다른 셀을 사용할 수 있다. 게다가, 차량을 하루 이상 사용하지 않을 경우-다른 차량으로 장거리 여행을 가거나 집에서 출근하지 않을 경우-차량에 배터리 휴식을 예약할 수 있다. 이러한 휴식은 리튬-메탈 배터리에 추가로 투자를 할 필요 없이 단순히 배터리 관리 소프트웨어 코드를 작성하는 것만으로 가능하다.리튬-메탈 배터리를 도로 차량에 사용할 수 있도록 만드는 방법과 휴식 절차는 더 많은 연구가 필요하지만, Zhang는 이 기술을 이용하면 향후 도로 차량에서 이러한 더 긴 주행 거리, 가벼운 무게, 빠른 충전 속도를 가진 배터리를 사용할 수 있을 것이라고 생각한다. “일부 유형의 리튬-메탈 배터리에서 휴면 상태 휴식만으로도 EV의 사용 주기를 상당히 증가시킬 수 있을 것으로 믿습니다.” 새로운 기술 개발에도 시급한 문제로 보이는 것이다.
ToyotaLithium-metal 배터리는 전기 및 하이브리드 차량에 사용되지 않았지만, 리튬 이온 배터리보다 더 높은 에너지 밀도와 가벼운 무게를 제공합니다. 이러한 이점을 가진 리튬-메탈 배터리는 몇 번의 충전 사이클만에 빠르게 분해되는 결함이 있어 실제로 생산용 전기차에는 적합하지 않았습니다.
스탠포드 대학의 연구에 따르면, 단순히 배터리에 휴식을 주는 것만으로도 분해를 빠르게 복구하여 실제 세계에서 사용할 수 있을 정도로 충분한 수준으로 되돌릴 수 있다는 것을 발견했습니다. 이는 리튬-메탈 배터리와 리튬-이온 배터리의 주요 차이점이 어노드에 있다는 발견으로부터 얻어진 것입니다. 리튬-메탈 배터리는 전기도금된 리튬 금속으로 어노드를 대체하여 더 가벼우면서도 같은 공간에 두 배의 에너지를 저장할 수 있게 합니다.
리튬-메탈 배터리를 장착한 차량은 같은 크기의 리튬-이온 차량에 비해 두 배의 주행 거리를 가질 수 있습니다. 이는 증가된 에너지 밀도와 가벼운 무게에 기인합니다. 단점은 리튬 이온이 고체 전해질 중간층에 포착되어 일부 이온이 이중화된다는 것입니다. 이중화를 방지하기 위해 휴식을 주는 것으로 도말 고체 전해질 중간층의 어느 정도를 사라지게 할 수 있고, 배터리를 다시 충전할 때 죽은 리튬은 양극과 다시 연결됩니다.
리튬-메탈 배터리에는 유용하지 않을 수 있지만, 일부 셀은 완전히 방전되고 휴식을 취하는 동안 다른 셀을 사용할 수 있는 배터리 팩의 관리 소프트웨어를 이용하여 차량 배터리를 휴식시키는 것은 가능합니다. 또한, 차량을 하루 이상 사용하지 않을 경우에도 배터리 휴식을 예약할 수 있습니다.
리튬-메탈 배터리는 휴식 절차와 함께 더 긴 주행 거리, 가벼운 무게, 빠른 충전 속도를 가진 배터리를 도로 차량에 사용할 수 있도록 만들 수 있을 것으로 생각됩니다. 이 기술은 EV의 사용 주기를 증가시킬 수 있는 충분한 잠재력을 가지고 있습니다.
자세한 내용은 Toyota 웹사이트에서 확인할 수 있습니다.