EV 산업의 판도를 바꿀 수 있는 움직임으로 Stellantis와 Zeta Energy Corp는 더 긴 주행 거리, 더 많은 전력, 50% 더 빠른 충전 속도, 절반 미만의 비용을 갖춘 차세대 전기 자동차 배터리를 개발하기 위해 협력하고 있습니다.
리튬이온 배터리는 테슬라가 2008년 53kWh 리튬이온 배터리를 장착하고 약 394km를 주행할 수 있는 로드스터를 세상에 선보인 이후 전기자동차(EV) 혁명의 원동력이 되어왔다. 상징적인 로드스터는 General Motors의 1,140마일(225km) EV의 1,140마일(225km) 범위를 거의 두 배로 늘렸습니다.
리튬-황(Li-S) 전지 개념은 일찍이 1960년대부터 제안되었으나, 리튬-황(Li-S) 전지 특유의 '다황화물 왕복 효과'로 인한 짧은 수명과 용량 손실 등의 문제로 인해 실용화에 한계가 있었다. 배터리가 방전되면 음극 측의 황이 리튬과 반응하여 리튬 폴리설파이드를 형성하고, 이는 전해질을 통해 양극으로 확산되어 침전물을 남깁니다. 충전 시 일부 폴리유화물은 음극으로 다시 이동하지만 모두가 양극으로 다시 이동하는 것은 아니므로 배터리 성능이 급격히 저하됩니다.
텍사스에 본사를 둔 Zeta는 글로벌 자동차 대기업인 Stellantis와 협력하여 문제를 해결했다고 믿습니다.
최근 재료 기술의 발전과 차단층 및 코팅의 개발은 이러한 다유화물을 가두어 전극 사이에 "닫히는" 것을 방지하여 불쾌한 조기 노화 효과를 효과적으로 해결합니다.
이번 파트너십은 전기 자동차 배터리 기술의 도약을 의미할 수 있습니다.
리튬-황 배터리는 리튬 이온 배터리보다 훨씬 가볍습니다. 리튬 이온 배터리의 킬로그램당 에너지는 일반적으로 150~250와트시(Wh/kg)입니다. 리튬-황 배터리는 400~600Wh/kg에 달할 수 있습니다.
리튬-황 배터리는 더 작은 패키지로 동일한 양의 전력을 제공할 수 있습니다. 이는 전기 자동차의 주행 거리가 길어질 뿐만 아니라(배터리 무게가 30~50% 가벼워짐) 핸들링과 성능도 향상됩니다. 가벼울수록 좋습니다.
또한 회사는 빠른 충전 속도가 기존 리튬 이온 배터리 팩보다 50% 더 빠르다고 주장합니다. 리튬-황 배터리는 화학 구조가 더 간단하고 리튬 이온 배터리의 흑연과 같은 고체 물질로 리튬 이온이 느리게 확산되는 데 의존하지 않습니다. 대신, 리튬과 황 사이의 반응은 직접적으로, 더 빠르고, 더 직접적으로 일어납니다. 또한 더 낮은 전압에서 작동하므로 충전 시 저항이 적고 에너지를 더 빨리 흡수합니다.
결론은 리튬-황 배터리의 kWh당 비용이 리튬이온 배터리의 절반 이하로 낮을 것으로 예상된다는 것이다.
유황은 풍부한데, 제타의 리튬-황 배터리는 다양한 산업에서 발생하는 메탄, 정제되지 않은 유황 등의 폐기물을 사용합니다. 또한 리튬이온 배터리에도 사용되는 코발트, 흑연, 망간, 니켈 등 값비싸고 구하기 힘든 재료를 사용하지 않습니다. 기존 배터리 기술과 비교했을 때 Zeta의 접근 방식은 현지 재료를 활용하고 기존 공장에서 배터리를 조립하여 CO2 배출량을 줄일 수 있습니다.
또한 리튬 이온 배터리보다 안전합니다. 리튬 이온 배터리에는 이름에 "황"이 포함되어 있지만 이는 화약, 성냥, 불꽃놀이에 사용되는 황과는 다릅니다. 리튬-황 배터리의 황은 고체입니다. 리튬-황 배터리의 전해질은 일반적인 리튬 이온 배터리만큼 가연성이 아닙니다. 배터리 화재의 원인은 종종 전해질입니다. 그러나 EV 배터리에는 결함이 없는 것은 아닙니다. 리튬 금속 양극을 사용하면 덴드라이트 형성과 같은 위험이 있어 단락이 발생할 수 있습니다.
그러나 전기 자동차 배터리에 불이 붙는 것을 본 적이 있다면 그것이 얼마나 파괴적일 수 있는지 아실 것입니다. 리튬 이온 배터리가 "수축"되거나 폭발하면 소방서는 화재가 스스로 진압될 때까지 기다리는 경우가 많습니다. 펑크 또는 열폭주(보통 과충전으로 인해)는 리튬 이온 배터리에서 많은 양의 열을 생성하는 연쇄 반응을 일으킬 수 있습니다. 황의 화학 반응은 발열이 적기 때문에 리튬-황 배터리는 이러한 상태에 덜 취약합니다. 연소 연료에 사용되는 코발트 및 니켈과 같은 성분이 없는 리튬-황 배터리는 최신 전기 자동차, 노트북, 휴대폰 등에 전력을 공급하는 배터리보다 안전한 것으로 간주됩니다.
Stellantis는 2030년까지 리튬-황 전기 자동차를 출시하는 것을 목표로 하고 있으며, 이는 전기 자동차에 대한 우리의 생각을 재정의할 수 있는 협력입니다.