전고체 배터리(solid-state batteries)의 안전한 테스트

Weiss Technik은 e-모빌리티(electromobility)에 대한 새로운 접근 방식을 위한 테스트 솔루션을 계속해서 개발하고 확장합니다.

Weiss Technik은 e-모빌리티(electromobility)에 대한 새로운 접근 방식을 위한 테스트 솔루션을 계속해서 개발하고 확장합니다.

전기차 시장이 호황을 누리고 있습니다. 동시에 주행거리를 늘리고, 충전 시간을 단축하며, 안전성을 높이고, 지속 가능성을 개선하기 위한 새로운 솔루션이 모색되고 있습니다. 전고체 배터리는 미래에 기존의 액체 전해질 기반 리튬 이온 배터리를 대체할 수 있는 가능성을 갖고 있습니다. 그때까지 아직 마스터해야 할 몇 가지 과제와 수행해야 할 많은 테스트들이 남아 있습니다. 현재 이 분야에서 통일된 표준이 없기 때문에, weisstechnik에서는 다년 간의 경험을 바탕으로 미래의 모든 요구사항을 안정적으로 충족시킬 소형 테스트 캐비닛과 시험실용 솔루션을 개발하고 있습니다.

개발 경쟁이 시작되었습니다.

전고체 배터리에 대한 최고의 솔루션을 찾기 위한 경쟁은 오래 전부터 시작되었습니다. 제조사에 따라 최초의 양산차는 2025년에서 2030년 사이에 조립 라인에서 출시되어야 합니다. 그러나, 지금까지 프랑스 기업인 Blue Solutions에서만 대량 생산에 준비된, Mercedes eCitaro와 같은 차량에 사용되는 솔루션을 선보였습니다. 일본, 한국, 중국 및 미국 기업들은 현재 혁신의 주요 동력입니다. 하지만, 자동차 개발 분야에서의 수년간의 경험을 고려할 때 독일 기업들은 전고체 배터리의 성공에 결정적인 기여를 할 수 있는 이상적인 위치에 있습니다. weisstechnik의 테스트 기술은 여기에서 중요한 역할을 할 수 있습니다.

전고체 배터리 혁신

액체 전해질을 사용하는 기존의 리튬 이온 배터리와 달리, 전고체배터리 solid-state batteries (SSB)는 고체 전해질을 사용하여 작동합니다. 현재 전고체 배터리 셀에서의 성능과 관련해서 다양한 클래스의 고체 전해질이 연구되고 있습니다. 주로 산화물-, 황화물-, 고분자- 및 할로겐- 기반 고체 전해질과 이로부터 파생될 수 있는 하이브리드 솔루션에 초점이 맞춰져 있습니다. 배터리 케미스트리는 모든 개발 라인에서 재개발되어야 하고, 원하는 특성을 달성하기 위해 모든 구성요소가 완벽하게 일치해야 합니다. 예를 들어, 리튬 메탈, 실리콘과 같은 새로운 음극활물질 new anode active materials (AAM)도 사용될 수 있습니다. 양극활물질 cathode active materials (CAM)과 관련해서도 여러 옵션이 탐구되고 있습니다.

놀라운 이점을 얻을 수 있습니다. 

고체 배터리의 이상적인 재료 조합이 액체 전해질 기반의 리튬 이온 배터리에 비해 상당한 이점을 제공하고, 장기적으로 e-모빌리티 세계에 혁신을 일으킬 수 있다는 가정 하에 수많은 연구가 진행되고 있습니다. 전고체 배터리는 훨씬 더 높은 에너지 밀도와 최대 30%까지의 더 긴 범위를 제공하는 동시에 더 컴팩트합니다. 셀 케미스트리에 따라 충전 시간이 크게 단축될 수 있으며, 충전 사이클 수도 2,000회 이상으로 늘릴 수 있습니다. 가연성 액체 성분이 누출될 수 없기 때문에 셀 케미스트리는 또한 과충전 또는 사고로 인한 열폭주 발생 시 고체 배터리의 낮은 화재 위험에 기여합니다. 또한, 더 지속가능한 방식으로 생산될 수 있어 상당한 미래 잠재력을 가지고 있습니다. 하지만, 부품 생산과 셀 생산은 확장 가능해야 하고, 현재 7~8배 높은 생산 비용을 시리즈 생산에 적합한 수준으로 낮춰야 합니다. 

개발에 대한 압력이 매우 큽니다. 

전고체 배터리 기술은 현재 차량 제조사, 공급업체, 개발 연구소 및 대학에서 연구되고 있습니다. 이를 위해 사용할 수 있는 상당한 자금이 있습니다. – VW만 해도 파트너사인 QuantumScape를 통해 향후 몇 년간 3억 유로를 투자할 것입니다. 독일에서는 Fraunhofer Institutes와 KIT, Forschungszentrum Jülich, TU Braunschweig, Münster에 있는 MEET에서 이 이슈를 다루기 위해 노력하고 있습니다. 혁신은 또한 Gießen에 위치한 Justus Liebig University의 학제간 Zentrum für Materialforschung (ZfM) (재료 연구 센터)에 의해 주도되고 있습니다. 약 40명으로 구성된 팀과 함께 국제적으로 유명한 전문가인  Dr. h. c. Jürgen Janek 교수는 전고체 배터리의 화학적, 물리적 원리와 과제에 대한 연구를 수행하고 있습니다. 그는 또한 연방 교육 연구부(BMBF)의 포괄적 개념인 “Battery Research Factory”에 통합된 Competence Cluster for Solid State Batteries (FestBatt)의 활동을 조정합니다. “시장의 기대는 엄청나고, 빠른 솔루션을 제공해야 한다는 압박도 매우 큽니다. 그렇기 때문에 신뢰할 수 있게 정확한 결과를 제공하는 테스트 기술을 사용하는 것이 중요합니다.”라고 FestBatt cluster의 코디네이터이자 ZfM의 Executive Director인 Dr. h. c. Jürgen Janek 교수는 설명합니다.

성공요인으로서의 테스팅 기술 

개발에 대한 압력은 테스트 기술 제공업체에 대한 요구도 증대시키고 있습니다. 전고체 배터리도 대량 생산을 준비하기 전에 수많은 테스트를 거쳐야 하기 때문입니다. 물질적 특성으로 인해 기존의 리튬 이온 배터리보다 문제가 덜하다고 가정할 수 있지만, 에너지 밀도가 더 높고, 다른 위험 가능성이 있어 안전장치 관련 테스팅 기술을 적용해야 합니다. 그래야만 성능과 보안을 종합적으로 테스트할 수 있습니다. 하지만, 애플리케이션과 관련된 시험 표준이나 제조사 사양이 아직 없기 때문에 여전히 질문이 생깁니다; 어떤 테스트가 필요하고, 어떤 요건과 시험 시설이 이를 신뢰성 있고 안전하게 수행할 수 있을까요? 잠재적으로 보다 낮은 위험 가능성에도 불구하고, 황화물 기반 고체 배터리를 테스트하는 동안 여전히 독성 및 폭발성 황화수소(H2S) 가스가 방출될 수 있습니다.  따라서 테스트 시스템은 사람과 시험 장비 및 환경에 대한 위험을 방지하도록 설계되어야 합니다.

테스팅 기술에 대한 요구사항

황화수소(H2S) 가스방출의 위험 가능성 외에도, 테스트 시설은 전고체 배터리가 때때로 필요로 하는 더 높은 작동 온도를 고려해야 합니다. 위에서 언급된 고유한 특성에 관계없이, 전고체 배터리 시험 시설도 기존의 리튬 이온 배터리와 동일하거나 유사한 테스트 요건 및 환경을 가질 것으로 예상하고 있습니다. 표준의 내용은 개발이 진행됨에 따라 점차 명확해질 것입니다. 이는 이 역동적인 분야의 모두가 비교가능한 테스트 결과를 제공하기 위한 신뢰할 수 있고 일관된 기반을 갖게 하는 데 있어 중요합니다.  

기존 시스템의 업그레이드

많은 기업과 기관에서 이미 기존의 리튬 이온 배터리에 대한 테스트 시설을 보유하고 있습니다. 대부분의 경우, weisstechnik 제품은 고체 배터리 테스트를 위해 쉽게 변환되거나 업그레이드될 수 있습니다. 예를 들어, 테스트 챔버의 경우 황화수소(H2S) 감지 장치와 센서, 경고 램프의 통합과 필요한 경우 추가적인 환기 솔루션만 필요로 할 수 있습니다. 심지어 실험실 애플리케이션용 ClimeEvent 테스트 챔버도 대부분의 요구사항을 충족시키도록 빠르고 쉽게 개조할 수 있습니다. 기업들에게는 기존 테스트 솔루션을 업그레이드하는 것이 더 지속가능하고 빠릅니다. 이는 가능한 한 빨리 의미 있는 답을 찾고, 안전한 솔루션을 제시하는 것을 목표로 하는 이 매우 역동적인 개발 분야에서 사용자에게 필수적인 경쟁 우위를 제공합니다. 

새로운 테스트 캐비닛과 챔버

많은 기존 기업과 기관들에 더하여, 여러 젊은 기업과 신생 기업들도 전고체 배터리를 연구하고 있습니다. 많은 경우 자체 테스트 시설이 부족하거나 제한적이기 때문에 단기간에 사용할 수 있고 안전한 테스트 캐비닛과 챔버에 의존합니다. Weisstechnik은 이 문제에 대한 간단한 해결책을 제공합니다. 시험 장비에 대한 요건은 위험 레벨(hazard level)에 대한 기존의 모듈 키트를 통해 쉽게 결정할 수 있으며, 위험 평가 후 표준화된 솔루션 또는 개별 맞춤형 제품으로 구현될 수 있습니다. weisstechnik 테스트 솔루션의 기본 모듈식 컨셉은 신속한 설계와 납기를 용이하게 하고, 가속화합니다.

테스트 기술은 여전히 신뢰의 문제입니다.

자동차 부문에서 테스팅 솔루션에 대한 파트너사를 선택할 때, 역량, 경험 및 서비스는 핵심 기준입니다. weisstechnik은 정교한 테스트 솔루션에 대한 경험이 풍부한 전문가로 리튬 이온 배터리 분야에서 20년 이상 활동해 왔습니다. 이러한 지식을 통해 회사는 단기간에 구현할 수 있고, 장기적으로 성과를 거둘 수 있는 미래에도 사용할 수 있는 테스트 솔루션을 제공할 수 있습니다. 업계의 이노베이션 리더로서 weisstechnik은 전국적인 서비스 네트워크과 맞춤형 서비스 계약을 통해 기업들에 사전 예방적이고, 매우 유연한 서비스 서포트를 제공합니다. 이는 운영 안전성을 향상시키고, 기업들은 개발 작업에 집중할 수 있게 됩니다. 

 

1.291 단어. 리프린트 무료. Weiss Technik GmbH를 출처로 명시해주시기 바랍니다.