4차 산업시대의 스마트카 전쟁 - 박기혁

[전기 배터리]

- 자동차 업계 리튬이온 전기차가 대세

- BMS (Battery Management System) ; 배터리 충전, 방전조절, 전압, 전류 및 온도 감지, 냉각제어 등을 수행

- 배터리 구성 : 셀, 모듈, BMS, 냉각장치

※ 배터리 폭발 방지 대안

- 미국 공기- 아연전지 (토요타 중심으로 개발 중, 특수한 탄소층 및 촉매기술이 혁심) 

  리튬이온전지를 대체할 것으로 주목받는 차세대 2차전지 중 하나로, 20여년 전부터 연구되어 왔으며,

  미군의 군용 배터리로 사용되고 있다.아연공기전지는 리튬이온전지보다 폭발 위험이 적기 때문에 미국, 이스라엘 등에서

  군사용으로 사용되는 제품으로서, 그동안 미국 일렉트로 퓨얼셀사가 독점생산해 왔다

  아연공기전지는 전극물질인 아연 금속이 방전됨에 따라 표면부터 생성되는 수산화아연이 저항으로 작용한다.

  이 때문에 전지 성능이 저하되고 부피가 팽창해 아연 분말 슬러리의 유동성을 저해해 전지의 성능이 떨어지는 단점이 있다

- 전고채 배터리 전지 : 전해질이 액체, 폴리모 젤 및 겔로 구성되어 있지 않고 고체로 구성되어 있는 전지다.

  전고체 리튬 2차 전지는 전해질이 고체(기존의 리튬 2차 전지는 액체)로 되어 있어, 온도 변화에 따른 액체의 증발 

  또는 외부 충격에 의한 누액이 없어 폭발 및 화재로부터 안전하다.

  전고체 배터리는 양극과 음극 사이에 전해질을 고체로 바꾼 차세대 배터리다. 액체전해질이 가지는 인화성이 없고 활물질과 

  발열 반응도 원천 차단해  안전성을 대폭 향상시킬 수 있다. 

  에너지 밀도와 구동 전압도 높일 수 있어 주행거리 향상과 충전시간 단축 과제를 해결할 수 있을 것으로 업계에서는 기대하고 있다. 

  리튬이온 배터리 경쟁력에서 한국과 중국에 밀린 일본은 전고체 배터리 상용화를 서두르고 있다. 2002년부터 2014년까지 전고체

  배터리 관련 특허 출원 건수에서 일본이 차지하는 비중은 54%에 이른다. 

  안정성 확보에 따라 온도조절 및 보호회로 등과 같은 누액 및 폭발방지 부품이 필요치 않기에, 전지의 무게와 

  부피가 줄어드는 장점, 반면 고체의 특성상 액체보다 이온전도도가 낮고 양·음극간 계면저항이 높아 기존 액체 전해질을 활용한 전지에 비해 수명과 출력이 열위다.

- 나트륨 계열 전기 : 리튬이온 전지 대비 90% 저렴한 원가, 낮은 가동 온도 및 에너지 밀도 200~250 WH/KG 으로 성능이 낮다.

 <동아일보 관련 기사>

석탄 화력발전소를 멈추고, 경유차를 줄이는 등 친환경 에너지원을 찾는 시대다. 대안으로 꼽히는 신재생 에너지에는 큰 허점이 있다. 

신재생 에너지로 생산한 전기를 보관하고 필요할 때 공급할 수단이 전무하다. 휴대기기나 전기차에 쓰이는 리튬이온전지로 대용량 전력 저장 장치를 

만들기엔 지나치게 비용이 많이 든다. 필수 원료인 리튬의 가격은 올해 3월에 비해 9월에 무려 29%나 올랐다. 

리튬의 대안으로 꼽히는 재료가 있다. 

나트륨이라고 더 많이 알려진 소듐이다. 리튬과 같은 1가 이온이라 화학적 성질이 비슷해 리튬이온전지를 구성하는 다른 재료와 호환할 수 있다.

무엇보다 구하기 쉽다는 것이 최대 장점이다. 해수에 녹아있는 이온 중 염소 다음으로 많다.  

- 마그네슘 계열 전지 : 수명 길다, 에너지 밀도 600 WH/KG 정도 이다.

  <연합뉴스 관련 기사>

  마그네슘 가격은 리튬의 약 5％ 정도로 싼 데다 상대적으로 구하기 쉽다.

  마그네슘 이온 전지 단위 부피당 에너지 밀도는 이론적으로 리튬이온 전지보다 1.7배 높기까지 해 차세대 에너지 저장 장치로 주목받는다.

  다만, 리튬 이차전지처럼 염과 유기용매로 구성된 전해질을 사용하면 상온에서 작동이 어렵고, 특정 용매에서는 고온에서만 활용할 수 있다는 단점이

  있다.

  연구팀은 마그네슘 기반 이차전지 개발을 위해 기존 마그네슘 금속 음극 한계를 극복할 수 있는 새로운 마그네슘-주석(Mg2Sn)

  합금 음극 소재를 만들었다.

  전기화학적으로 쉽게 산화하는 종전 마그네슘 메탈 음극과 달리 충·방전 시 전해질 사이에서 안정성을 확보할 수 있다고 연구팀은 설명했다.

  여러 양극 소재와 조합할 수 있어 다양한 마그네슘 이온 전지 제작이 가능하다.

  음극을 제조할 때 전기전도도, 용량, 출력 등을 조절해 전지 성능 향상도 가져올 수 있다.

- 리튬 2차 전지 : 낮은 온도와 습도에 영향, 일정한 양의 공기 고정적 공급 필요

                      높은 계면 저항으로 인해 전지 자체 성능 떨어 지는 문제점

                      전해질과 전그 종류에 따른 안정성 문제로 상용화 어려움

       

   이차전지는 화학에너지와 전기에너지의 가역적 상호변환을 이용해 충전과 방전을 반복할수 있는 화학전지이다. 

   고성능 이차전지에는 Ni- MH 이차전지와 리튬 이차전지가 있으며, 리튬 이차전지에는 리튬 금속 이차전지, 리튬 이온 이차전지(각형, 원통형, 파우치형),

   리튬이온 폴리머 이차전지, 리튬 폴리머 이차전지 등이있다.

[국가별 보조금 지급 현황]

- 일본: 25년 까지 수소 충전소 1,000개 --> 2030년 까지 2,000개 인프라 구축

- 미국: 23년 까지 매년 2,000만 달러 예상 집행 예정, 수소충전소 건설비용의 85%는 정부 지원

- 독일: NOW (National Organization of Hydrogen and fuel cell technology)

         23년 까지 수소 충전소 400개 설치 계획 

         2조원 규모의 자체 예산

- 영국: UK H2 Mobility

- 중국: 수소차 상용차 8400만원/대, 개인용 3360만원/대 보조금 지급

[태양광 자동차]

- 선스위프트(뉴사우스웨일즈대학교), 무게 320kg, 한번 충전 500km -> 800 km (태양광 이용시)

- KUST(국민대), 탄소섬유강화 플라스틱

- 스텔라국스(아이트호벤 공대), 탄소섬유+알류미늄 제작 (무게 375KG), 1100km, 125km/h 속도

태양열: 태양에서 지구로 날아오는 복사열

태양광: 가시광선, 적외선, 엑스선, 자외선 등 빛을 활용

경차: 50~60마력 (1마력=735.5와트) --> 3.7만~4.4만 와트 필요

태양전지: 1m^2 당 100와트 힘 제공 

-> 경차한대 동작시 370m^2(112평) ~ 440m^2(135평) 가 필요

- 태양광 적용 차종

  포드: C-맥스 솔라 에너지

  도요타: 프리우스낮시간 동안 주차 중인 자동차 지붕에 발전하고, 여기서 발전된 전기는 공조 시스템과 연계되어 

  실내 환기용 팬을 작동시켜 내부 공기 순환에 사용

  미쯔비시: 아이래트 스포츠 (태양광 충전으로 20KM 주행)

  폭스바겐: 스페이스 업 블류 (자동차 루프에 태양과 패널 적용)

소스>

http://www.autoelectronics.co.kr/article/articleView.asp?idx=258