배터리는 추위에 잘 작동하지 않습니다. 배터리 연구원이 저온에서의 화학적 성질을 설명합니다.

https://theconversation.com/lithium-ion-batteries-dont-work-well-in-the-cold-a-battery-researcher-explains-the-chemistry-at-low-temperatures-222571

충전식 배터리는 에너지를 저장하고 스마트폰에서 전기 자동차에 이르는 전자 장치에 전원을 공급하는 데 적합합니다.그러나 추운 환경에서는 충전하기가 더 어렵고 불이 붙을 수도 있습니다.

저는 대학 때부터 배터리에 관심이 많았던 기계공학과 교수입니다.나는 이제 배터리 연구 그룹 드렉셀 대학교에서.

지난 10년 동안 나는 다음을 지켜보았다. 리튬이온 배터리 가격 하락 생산시장으로서 훨씬 더 커졌어.미래 예측은 시장이 도달할 수 있다고 예측합니다. 2030년까지 연간 수천 GWh, 상당한 증가.

그러나 리튬 이온 배터리는 완벽하지 않습니다. 이러한 증가에는 추운 날씨에 속도가 느려지고 심지어 불이 붙는 경향이 있는 등의 위험이 따릅니다.

리튬이온 배터리 뒤쪽

그만큼 전기화학적 에너지 저장 배터리 내에서는 전기를 저장하여 작동합니다. 이온의 형태로.이온은 전자가 너무 많거나 충분하지 않기 때문에 0이 아닌 전하를 갖는 원자입니다.

전기차나 휴대폰을 연결하면 콘센트에서 나오는 전기가 이 이온을 구동합니다 배터리의 양극에서 음극으로.전극은 이온을 저장할 수 있는 배터리의 고체 물질이며, 모든 배터리에는 양극과 음극이 모두 있습니다.

전자는 전기로서 배터리를 통과합니다.하나의 전극으로 전달되는 각 전자와 함께 리튬 이온도 동일한 전극으로 전달됩니다.이는 배터리의 전하 균형을 보장합니다.자동차를 운전할 때 음극에 저장된 이온이 양극으로 다시 이동하고 결과적인 전기 흐름이 모터에 동력을 공급합니다.

A diagram showing three boxes, one labeled cathode, one labeled electrolyte, and one labeled anode. Small circles representing lithium ions move to the anode to charge and the cathode to discharge. — 리튬 이온 배터리가 장치에 에너지를 전달하면 리튬 이온(전하를 운반하는 원자)이 음극인 양극에서 양극인 음극으로 이동합니다.재충전 시 이온은 역방향으로 이동합니다. 아르곤 국립 연구소, CC BY-NC-SA

AA 또는 AAA 배터리는 소형 전자 제품에 전원을 공급할 수 있지만 한 번만 사용할 수 있고 충전할 수 없습니다.충전식 리튬 이온 배터리는 수천 번의 완전 충전 및 방전 주기 동안 작동할 수 있습니다.각 사이클마다 AA 또는 AAA 배터리보다 훨씬 더 많은 양의 충전량을 저장할 수도 있습니다.

리튬은 금속 중 가장 가볍기 때문에 특정 용량, 이는 다음을 저장할 수 있음을 의미합니다. 무게당 엄청난 양의 전하.이것이 바로 리튬 이온 배터리가 휴대용 전자 제품뿐만 아니라 전기 자동차와 같이 무게나 부피가 제한된 운송 수단에 전력을 공급하는 데 유용한 이유입니다.

배터리 화재

그러나 리튬 이온 배터리에는 AA 또는 AAA 배터리에는 없는 위험이 있습니다.우선, 불이 붙을 가능성이 더 높습니다.예를 들어, 전기자전거 배터리 화재 뉴욕시에서 보고된 건수는 지난 5년 동안 30개에서 거의 300개로 증가했습니다.

다양한 문제로 인해 배터리 화재가 발생할 수 있습니다.제대로 제조되지 않은 셀에는 제조 과정에서 남겨진 미량의 불순물이나 입자와 같은 결함이 포함되어 내부 고장의 위험이 높아질 수 있습니다.

A car in a garage is on fire with the door cracked open, a firefighter carrying a hose runs towards it. — 전기자동차의 리튬이온 배터리는 추운 날씨에 화재가 발생할 위험이 더 높습니다. AP를 통한 오렌지 카운티 보안관 부서/국가 교통 안전 위원회

기후도 배터리 작동에 영향을 미칠 수 있습니다. 전기차 판매 미국 전역, 특히 추운 기온으로 인해 배터리 성능이 저하될 수 있는 북동부 및 중서부와 같은 추운 지역에서 증가했습니다.

배터리에는 전해질이라고 불리는 액체가 포함되어 있으며 온도가 낮아지면 액체의 흐름이 더 느려집니다.따라서 배터리의 전해질은 추위에 느려지고 두꺼워지며 내부의 리튬 이온이 더 느리게 움직입니다.이러한 속도 저하로 인해 리튬 이온이 전극에 제대로 삽입되지 않을 수 있습니다.대신, 전극 표면에 침전되어 형성될 수 있습니다. 리튬 금속.

유체의 분자는 낮은 온도에서 더 느리게 움직입니다. 배터리 내부에서도 같은 일이 발생합니다.

충전 중에 전극 표면에 리튬이 너무 많이 침전되면 내부 단락이 발생할 수 있습니다.이 프로세스는 배터리 화재를 일으키다.

더 안전한 배터리 만들기

나의 연구 그룹, 는 다른 많은 사람들과 함께 추운 날씨에도 더 효율적으로 작동하는 배터리를 만드는 방법을 연구하고 있습니다.

예를 들어, 연구자들은 일반적인 배터리 전해질을 교체하고 추운 온도에서도 두꺼워지지 않는 대체 전해질로 교체하는 방법을 모색하고 있습니다.또 다른 잠재적인 옵션은 배터리 팩을 가열하다 더 따뜻한 온도에서 충전이 진행되도록 충전하기 전에

우리 그룹에서는 리튬 이온 이외의 새로운 유형의 배터리도 연구하고 있습니다.더 넓은 온도 범위에서 더 안정적인 배터리 유형, 액체 전해질을 전혀 사용하지 않는 유형, 리튬 대신 나트륨을 사용하는 배터리 등이 될 수 있습니다. 나트륨 이온 배터리 나트륨은 매우 풍부한 자원이기 때문에 효과가 좋고 비용도 저렴할 수 있습니다.

전고체 배터리 가연성이 아닌 고체 전해질을 사용하면 화재 위험이 줄어듭니다.그러나 이러한 배터리는 리튬 이온 배터리만큼 잘 작동하지 않으므로 이것이 좋은 옵션인지 확인하려면 더 많은 연구가 필요합니다.

전국의 사람들이 매일 사용하는 리튬 이온 배터리 전력 기술과 이러한 분야의 연구는 이 기술을 소비자에게 더욱 안전하게 만드는 솔루션을 찾는 것을 목표로 합니다.

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