리튬이온 배터리가 인듐으로 인해 여전히 사용될 수 있는 반면 소듐이온 배터리가 부상하고 있다

리튬이온의 부활?

콘넬 대학(Cornell University)의 연구자들이 최근에 발견한 내용은 리튬이온 기술을 완벽한 배터리 기술 경쟁에 다시 참여할 수 있게 할 수 있다. 그들은 인듐(anode material)을 사용하면 리튬이온 배터리를 매우 빠르게 충전할 수 있음을 발견했다.

리튬이온 배터리는 지금까지 소형 전자제품과 초기 EV 모델의 배터리 설계를 지배해왔다. 그러나 이 기술의 일부 제한으로 인해 산업은 소듐이온이나 고체 배터리와 같은 대안을 찾고 있다. 인듐을 사용하면 EV의 대량採用에서 주요 문제인 범위 불안을 제거할 수 있다. 대부분의 EV 사용자는 충전소에 도착하기 전에 배터리가หมด날 것을 걱정한다. 따라서 그들은 매우 강력한 배터리 팩을 찾으려 하는데, 이것은 자동차의 무게와 비용을 증가시킨다.

또 다른 문제는 배터리를 충전하는 시간이다. 이것은 장거리 여행이나 상업적 용도에서 심각한 문제가 될 수 있다. 또한 충전소의 가용성을 감소시킨다. 각 “전체 탱크” 충전에는 시간이 걸리고 EV 충전기를 사용할 수 없게 한다.

따라서 더 빠르게 충전할 수 있는 리튬이온 배터리 기술은 EV의 비용을 줄이고, 범위 불안을 완화하며, 충전 네트워크의 기능을 개선하는 데 도움이 될 수 있다.

인듐 배터리가 구원할 수 있을까?

이 연구는 콘넬 대학의 스미스 화학 및 생물분자 공학 학교(Smith School of Chemical and Biomolecular Engineering)에서 린덴 아처(Lynden A. Archer)의 팀에 의해 수행되었으며, 주도 저자는 화학 및 생물분자 공학 박사 과정 학생인 슈오 진(Shuo Jin)이다.

그들의 논문 “리튬 배터리에서 빠른 충전, 장기간 저장”에서 그들의 접근 방식을 설명한다. 그들은 전기화학적 반응의 속도(kinetics)를 중점적으로 nghiên cứu했으며, 특히 “담코勒 수(Damköhler number)”를 살펴보았다. 고체 상태 전송 속도를 조사한 결과 인듐이 빠르게 충전할 수 있는 배터리에 매우 좋은 후보임을 발견했다. 현재 인듐은 주로 LCD 화면과 기타 고기술 응용 분야에서 사용된다.

인듐은 빠른 확산과 느린 표면 반응 동역학으로 인해 배터리에 빠른 충전을 제공할 수 있는 좋은 금속이다.

인듐, AI 설계 배터리의 첫 번째 단계?

인듐 안드는 범위 불안을 줄일 수 있으며, 이는 매우 큰하고 무거운 배터리 팩이 필요하지 않음을 의미한다. 그러나 인듐 자체는 매우 무거운 금속이다.

이것이为什么 아처 교수가 그의 팀의 인듐에 대한 발견을 시작점으로 간주하는 이유이다.

“そこには計算화학 모델링, 아마 생성적 AI 도구를 사용하여, 다른 경량 재료 화학이 동일한 내在적으로 낮은 담코勒 수를 달성할 수 있는지를 배우는 기회가 있다.

예를 들어, 우리가 아직 연구하지 않은 금속 합금이 존재하는가? 원하는 특성을 갖는가?”

AI의 발전을 활용하여 새로운 배터리 재료를 찾는 것은 현실적인 아이디어이다. 이는 PNNL(Pacific Northwest National Laboratory) 연구자들이 보여준 바와 같다. 우리의 기사 “인공지능(AI)을 통한 발견의 타임라인 변경”에서, 그들은 여러 예측 화학 AI를 사용하여 32 백만 개의 아이디어를 80 시간 미만으로 검토하여 새로운 배터리 전해질을 발견했다.

따라서 같은 기술을 사용하여 담코勒 수를 중점으로 하여 인듐과 같은 성능을 발휘하지만 더 가벼운 재료를 찾을 수 있을 것이다.

배터리 수명 주기 주식

1. 아카디움 리튬(Arcadium Lithium)

아카디움은 리튬 채굴 선두주자인 올켐(Allkem)과 리벤트(Livent)의 합병으로 만들어진 회사로, 세계에서 3번째로 큰 리튬 생산업체이다. 이 합병은 리튬 생산과 가공의 모든 단계에서 존재하는 회사로 만들어준다.

회사의 생산은 주로 아르헨티나의 리튬 삼각지대(Chile, Argentina, Bolivia)에 위치한 브라인에서 이루어지며, 캐나다와 호주에는 일부 하드록 리튬이 있다.

출처: 아카디움

리튬은 최근에 저가로 고통을 받은 상품이다. 이는 주요 자동차 제조업체인 포드 또는 GM이 EV 계획을 늦추었기 때문이다.同時에, 중국 EV 자동차 제조업체인 BYD는 외국 시장에 저가 EV를 홍수처럼 내놓고 있다는 비난을 받고 있다. 이는 향후 몇 년 안에 EV採用의 새로운 물결을 일으킬 수 있다. 예를 들어, 10,000 유로의 BYD 시그널이 올해 유럽에 도착한다.

따라서 현재 리튬의 약세는 영원하지 않을 수 있다.

2. CATL

CATL은 세계에서 가장 큰 배터리 제조업체로,全球 배터리 생산량의 절반 이상을 생산한다. 회사는 배터리 제조 공급망의 모든 단계에서 존재하며, 배터리 기술의 선두주자이다.

이는 리튬이온 배터리에 대해서도 사실이다. 여기서 회사는 오랜 시간 동안 확립된 리더이다. CATL은 또한 여러 다른 배터리 유형에 대한 놀라운 진보를 발표했다:

• 12,000 사이클의 초장수명 배터리를 개발하여, 18,000 사이클을 장기 목표로 하고 있다.
• 700km의 LFP(리튬 철인산염) 배터리를 개발하여, 10분 만에 400km의 범위를 충전할 수 있다.
• 500 Wh/kg의 배터리를 개발하여, 여객기 전동화를 가능하게 할 수 있다.
• 160Wh/kg의 소듐이온 배터리를 대량 생산하여, 200 Wh/kg를 목표로 한다.

출처: CATL

CATL은 또한 중국에서 배터리 재활용 능력에 3.25억 유로를 투자했다. CATL은 특히 니켈, 코발트, 망간의 99.6% 및 리튬의 91%를 회수하는 놀라운 회수율을 달성했다.

CATL의 규모, 집중력, 연구 개발 성과로 인해 배터리 혁신, 제조, 재활용의 선두주자로 남을 수 있다. 이는 테슬라, NIO, 포드, 스텔란티스 등과 같은 EV 제조업체의 주요 파트너가 될 수 있다.

3. BYD

테슬라의 오랜 도전자인 BYD는 이제 테슬라뿐만 아니라 거의 모든 자동차 제조업체의 심각한 경쟁자가 되었다.

회사는 초기에 휴대폰 배터리 공급업체에서 시작하여 중국에서 테슬라만큼 많은 EV를 판매하며, 태국, 스웨덴, 호주, 뉴질랜드, 싱가포르, 이스라엘, 브라질에서 최고의 EV 판매를 기록했다.

BYD는 중국이 2023년에 일본을 추월하여 세계 최대의 자동차 수출국이 된 주요 이유이다. 회사의 해외 확장은 또한 헝가리와 같은 새로운 공장에서 이루어지고 있다. 또한 10,000~12,000 달러의 자동차인 시그널을 출시함으로써 BYD EV의 새로운 시장으로 열릴 수 있다.

출처: By User3204 – Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=142412738

아직도 핵심적으로 배터리 제조업체인 BYD는 중국에서 LFP 배터리 시장에서 41.1%의 시장 점유율을 보유하고 있으며, CATL의 33.9%에 뒤잇는 두번째로 큰 배터리 제조업체이다.

유럽과 미국 시장으로 저가 EV를 홍수처럼 내놓는 BYD는 일부 보호주의에 직면할 수 있다. 그러나 저가 중국 EV는 이미 세계의 다른 지역에서 큰 성공을 거두었으며, 이는 국내 자동차 제조업체를 보호해야 하는 서구 기업이 없다. 이것은 수십억의 잠재 고객을 의미한다.