XNRGI, 주행 거리를 700마일까지 확장하는 EV 배터리 기술 개발

전기차 산업이 직면한 과제 중 하나는 배터리 공급. 올해 5월 Tesla의 글로벌 공급 관리자는 회사가 다음을 계획하고 있다고 밝혔습니다. 부족 핵심 배터리 소재. 자동차 제조사들이 노력하고 있는 수직 통합 필요할 때 배터리에 접근할 수 있도록 배터리 제조를 비즈니스에 포함시킵니다.

이는 대부분 리튬 이온 배터리가 재충전 가능한 전지의 표준이기 때문에 발생합니다. 카메라와 휴대폰부터 EV에 이르기까지 모든 분야에 사용됩니다. 리튬 이온 배터리는 가격이 비싸고 부족한 자원에 의존할 뿐만 아니라 과열 및 화재 발생 위험이 있습니다. 폭발하다. 그렇기 때문에 항공사 화물칸에 이러한 배터리를 넣고 싶지 않습니다. 게다가 리튬 이온 배터리를 만들기 위해 새로운 공장을 짓는 데는 비용과 시간이 많이 소요됩니다. Tesla는 네바다주에 50억 달러를 투자했습니다. 기가팩토리 모델3용 배터리를 자체 생산한다. 테슬라의 용량은 약 24GWh 현재, 내년에 완료되면 최대 35GWh까지 가능합니다.

필요한 것은 더 쉽게 만들 수 있는 새로운 배터리 아키텍처입니다. 이상적으로 새로운 배터리 설계는 에너지 밀도가 더 높고 재충전 시간이 더 빨라 차량 사용에 이상적입니다.

당신은 이미 다음에 무엇이 올지 알고 있습니다. XNRGI 오레곤 주 포틀랜드 근처에 본사를 두고 있으며 답이 있다고 말합니다. 그 자체로는 드문 일이 아닙니다. 많은 사람들이 기적의 배터리를 가지고 있다고 주장하지만, 그들은 항상 그것에 대해 아직 말할 수 없다고 말하는 것 같습니다.

XNRGI와의 차이점은 Powerchip 배터리 기술과 직접적으로 연결된 공개 특허 포트폴리오가 있고 몇 가지를 더 신청했다는 것입니다. 이 회사는 또한 연구를 위해 미국 에너지부로부터 자금을 지원 받았습니다. 특허 보호와 자금 조달을 통해 XNRGI는 자신들이 가진 것을 세상에 알리고 싶어합니다.

XNRGI CEO인 Chris D'Couto는 "우리는 이제 리튬 이온 배터리와 관련된 모든 문제를 동시에 해결할 수 있다고 믿습니다."라고 말했습니다.

오래된 기술의 새로운 목적

기존 리튬 이온 배터리와 XNRGI Powerchip 배터리의 주요 차이점은 구성입니다. 기존 리튬이온 배터리가 2차원 도체에 흑연 슬러리를 건축자재로 사용했다면, XNRGI 배터리는 3차원 다공성 실리콘 웨이퍼에 리튬금속을 사용한다. 웨이퍼에는 새롭거나 다른 것이 없습니다. 이는 반도체 산업에서 수십 년 동안 제작해 온 것과 동일한 디스크입니다.

D'Couto는 "우리는 입증된 칩 제조 단계를 거쳐 이 배터리에 적용하고 있습니다."라고 말했습니다. “우리는 한 산업에서 무언가를 가져와 다른 산업에 적용하고 있습니다. 우리는 그런 면에서 아무것도 발명하지 않습니다. 웨이퍼를 살 수 있기 때문에 공장에 대규모 자본 투자를 하지 않아도 됩니다.”

가장 좋은 점은 XNRGI 배터리가 더 이상 수요가 없는 오래되고 두꺼운 웨이퍼로 만들어진다는 것입니다. 이러한 웨이퍼를 저렴하고 대량으로 제조할 수 있는 전세계 인프라가 이미 존재합니다.

실리콘 웨이퍼의 장점

실리콘 웨이퍼를 사용하여 배터리를 만드는 것의 이점은 잘 확립된 또 다른 반도체 공정에 달려 있습니다. XNRGI 디자인은 천공된 웨이퍼를 사용하여 와플 같은 표면을 만듭니다. 각 12인치 실리콘 디스크에는 최대 1억 6천만 개의 미세한 구멍이 있을 수 있습니다. 그런 다음 웨이퍼의 한쪽 면이 비전도성 표면으로 코팅됩니다. 웨이퍼의 다른 면은 전도성 금속으로 코팅되어 전류를 전달합니다.

D'Couto는 "우리가 사용하는 금속 코팅은 칩 산업에서 가져온 것이며, 절연 코팅은 칩 산업에서 가져와 여기에 사용됩니다."라고 말했습니다. 우리는 프로세스 측면에서 아무것도 발명하지 않습니다.”

웨이퍼의 다공성 특성은 2차원 표면에 비해 배터리의 전체 표면적을 최대 70배까지 증가시킵니다. 각 기공은 이웃 기공과 물리적으로 분리되어 있어 내부 단락을 제거하고 시간과 사용에 따른 배터리 성능 저하를 방지하는 데 도움이 됩니다.

D'Couto는 "이 작은 구멍 각각은 사실상 매우 작은 배터리입니다."라고 말했습니다. “개별적으로 오류가 발생하면 오류가 전파되지 않습니다. 이 아키텍처는 열 폭주 및 폭발을 방지하여 배터리를 완전히 안전하게 만듭니다.”

향상된 에너지 밀도 및 용량

XNRGI의 웨이퍼 기술은 배터리의 양극 측에 위치하도록 설계되었습니다. 배터리가 완전히 충전되면 양극은 전자 양동이와 같습니다. 배터리가 방전됨에 따라 전자는 회로를 통해 배터리의 음극 쪽으로 흐릅니다. 배터리가 재충전되면 양극 버킷이 다시 채워집니다.

“오늘날 리튬이온 배터리에 관해 이야기하면 리튬으로 만들어진 배터리입니다. 삽입된 흑연으로요.” D'Couto가 설명했습니다. “리튬이온 배터리가 등장한 이래로 흑연은 리튬이온이 착륙하고 이륙할 수 있는 주차 공간을 제공하기 위해 양극 측에 사용되었습니다.”

다공성 실리콘 웨이퍼 설계의 가장 큰 장점 중 하나는 XNRGI 양극이 흑연 양극보다 표면적이 70배 더 크다는 것입니다. 순수 리튬 금속을 사용하여 파워칩의 양극은 기존 리튬이온 배터리 음극보다 에너지 밀도가 약 10배 더 높습니다.

D'Couto는 “표면적의 3차원적 증가로 인해 더 많은 에너지 밀도를 얻습니다.”라고 말했습니다.

배터리 수명 연장을 위한 수상돌기 성장 감소

재충전 가능한 배터리가 시간이 지남에 따라 성능이 저하되는 한 가지 이유는 양극이 반복적인 방전 및 충전 주기를 거치면서 양극 표면에 화학 물질이 축적되기 때문입니다. 이러한 축적물을 "수상돌기"라고 하며 석회암 종유석처럼 보입니다. 수상돌기는 결국 양극과 음극 사이의 물리적 분리막을 뚫고 배터리를 단락시킬 수 있습니다.

D'Couto는 “수상돌기가 분리막을 뚫고 들어가면 배터리가 급속히 고장납니다.”라고 설명했습니다.

또한 리튬 이온은 배터리의 양극과 음극 사이의 분리막에 플라크처럼 쌓이는 다른 물질을 운반하여 본질적으로 배터리를 막고 성능을 저하시킵니다. XNRGI 양극은 실리콘 웨이퍼의 비전도성 코팅으로 인해 수상돌기 형성을 방지하고 배터리 수명을 연장합니다. 리튬 이온과 함께 운반되는 원소는 표면에 달라붙지 않으므로 쉽게 수상돌기를 형성하거나 플라크를 형성할 수 없습니다.

D'Couto는 XNRGI Powerchip 배터리가 현재 리튬 이온 배터리보다 3~5배 더 긴 서비스 수명을 제공할 것으로 추정합니다.

재충전 시간 감소 및 주행 거리 증가

Powerchip 내부의 표면적 증가는 배터리가 기존 리튬 이온 셀보다 훨씬 더 빠르게 방전 및 재충전될 수 있음을 의미합니다. 이는 운전할 때 더 많은 전력을 사용할 수 있음을 의미합니다. 더 중요한 것은 재충전이 더 빠르다는 것을 의미합니다.

D'Couto에 따르면 Powerchip 양극은 15분 만에 방전된 상태에서 80%의 재충전을 달성할 수 있습니다. 보다 일반적인 10~90% 충전도 15분을 목표로 합니다. XNRGI는 고속 충전 외에도 Powerchip 배터리가 동일한 무게의 기존 리튬 이온 배터리 팩에 비해 EV 범위를 최대 280% 증가시킬 것으로 추정합니다. 참고로, 이는 주행 거리가 250마일인 현재 EV(많은 사람들이 갖고 있는 것처럼)의 주행 거리는 700마일이라는 것을 의미합니다.

XNRGI 배터리는 오늘날의 셀보다 훨씬 가볍습니다. 자동차 제조업체는 더 가볍고 효율적인 EV를 만들거나 기존 무게로 더 긴 주행 ​​거리를 위해 더 많은 배터리를 자동차에 장착할 수 있습니다.

언제 볼 수 있나요?

현재 XNRGI는 소형 가전 제품부터 자동차 제조업체, 심지어 그리드 수준 유틸리티까지 모든 종류의 배터리를 사용하는 회사와 협력하고 있습니다. 회사는 배터리 응용 분야에 따라 소비자 제품 출시 및 라이선스 계약이 향후 2~5년에 걸쳐 마무리될 것으로 예상하고 있습니다.

D'Couto는 “2020년에는 우리 배터리가 오토바이, 스쿠터, 드론, 로봇 등과 같은 이동성 제품에 사용될 것으로 기대합니다.”라고 말했습니다. “EV의 경우, 일부 제한된 수량에서는 2022년 또는 2023년이 될 가능성이 높으며, 2024년에 대규모 EV 채택이 이루어질 것입니다. 이는 광범위한 테스트를 거친 자동차 산업의 표준에 관한 것입니다.”

안전하고 빠른 충전, 오래 지속되는 장거리 배터리 기술의 출현은 EV 산업의 판도를 바꿀 가능성이 높습니다. 돌이켜보면 전 세계의 과학자들이 더 나은 배터리 기술을 연구하고 있기 때문에 누군가가 그것을 발견했다고 해서 놀랄 일은 아닐 것입니다.

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