나노와이어 배터리 (Feat. 테슬라 배터리 데이)

나노와이어 배터리 (Feat. 테슬라 배터리 데이)

전세계적인 전기차 열풍과 함께 전기차에 사용되는 배터리에 대한 관심도 뜨겁습니다.

전기차의 인기가 높아지다 보니 전기차 자체에 대한 인기 뿐만 아니라 전기차의 기술 더 나아가 배터리 기술까지 일반 사람들의 관심이 많아지고 있습니다.

그 중 최근에 많이 언급되고 있는 나노와이어 배터리에 대한 포스팅을 해보려고 합니다.

전기차 배터리에 대해 검색을 해보면 최근에 나노와이어 배터리라는 단어를 많이 볼 수 있었을 것 입니다. 

뉴스 기사로도 많이 볼 수 있었습니다.

앞선 포스팅에서도 언급한 것 처럼 전기차의 배터리 발전 방향은 고밀도를 가지는 것 입니다.

같은 부피, 질량 안에 많은 에너지를 저장하여 주행거리를 늘리는 것이 핵심이지요.

(물론 자동차이기 때문에 안정성은 필수적으로 보장이 되어야 할 것 입니다.)

'나노와이어 배터리' 또한 이러한 목적을 달성하기 위한 방법 중 하나입니다.

배터리의 구성은 양극, 음극, 전해액, 분리막으로 크게 나누어집니다.

2020/08/24 - [자동차] - 전기차 리튬이온 배터리 원리 및 배터리 구성 요소

양극에 물질에 종류, 혼합율 등에 따라 배터리의 용량, 전압 값 등 성능이 바뀌게 됩니다.

예를 들어, 전기차에 많이 쓰인는 NCM 배터리 (니켈, 코발트, 망간)에 경우 니켈 양을 늘릴 수록 더 높은 밀도를 가질 수 있습니다.

현재 전기차 배터리 기술 발전은 양극 물질에 대한 연구를 많이하고 많이 발전했습니다.

이러한 내용은 양극에 해당되는 내용입니다.

좋은 성능의 배터리를 위해서는 음극에 대한 기술 발전도 함께 이루어져야 합니다.

나노와이어 배터리의 나노와이어 기술은 음극에 사용되는 기술입니다.

음극의 재료는 흑연입니다. 

음극은 양극에서 이동한 이온을 저장한 후 도선으로 이동을 시키는 역할을 합니다.

음극에서 이온을 저장하는 능력이 좋을 수록 좋은 배터리가 될 것입니다.

흑연의 층 구조를 가지고 있기 때문에 안정적이고 많은 이온을 저장 할 수 있습니다.

나노와이어 배터리에서 나노와이어 기술이 적용되는 재질은 실리콘이 대표적입니다.

실리콘은 흑연보다 훨씬 많은 저장 능력을 가지고 있습니다.

실리콘 나노와이어 배터리를 개발하는 회사인 Amprius에 의하면 실리콘은 10배의 저장 능력을 가지고 있다고 합니다.

(출처 : amprius)

하지만 실리콘의 경우 큰 단점을 가지고 있습니다.

실리콘은 부피가 많이 팽창하는 단점을 가지고 있습니다.

이온이 이동하는 과정에서 부피가 팽창하는 것 입니다.

부피가 팽창하는 것이 왜 배터리 음극을 이루는 재질로써 단점일까요.

배터리를 오래 사용하다보면 생기는 문제 중에 배터리가 부풀어 오르는 문제를 본 적이 있을 것 입니다.

흑연도 아주 안정적인 물질이지만 수명이 지날 수록 부풀어 오르는 현상이 생길 수 있습니다.

실리콘은 흑연에 비해 수십배가 되는 팽창을 하기 때문에 이러한 안정성, 내구성에 문제가 있습니다.

실리콘의 단점을 보완할 수 있는 기술이 있다면 이 엄청난 실리콘의 에너지 저장 능력을 사용 할 수 있다는 얘기가 됩니다.

이러한 단점을 보완 할 수 있는 기술이 바로 '나노와이어' 기술인 것 입니다.

물질이 주변 공간이 없이 하나의 큰 덩어리로 이루어져 있다고 가정하고 이 물질이 수축과 팽창을 반복하게 된다면 어떻게 될까요.

이 물질은 변형과 파손이 생길 것 입니다.

하지만 아래 그림처럼 아주 얇은 와이어 형태로 구성하게 된다면 이러한 변형에도 주변 물질과 간섭이 없어져 안정적으로 형태를 유지할 수 있게 될 것 입니다.

(출처 : amprius)

이러한 나노와이어 배터리 기술이 많은 사람들이 9월 22일 열리는 테슬라 배터리 데이에서 공개될 것이라는 얘기가 많이 나오고 있습니다.

바로 이 사진 때문인데요.

(출처 : Tesla)

테슬라의 배터리 데이를 알리는 티저 배경의 있는 선들이 나노와이어 배터리 기술을 말하는게 아니냐는 추측이 매우 많았습니다.

이렇게 많은 사람들이 티저 그림 만으로도 기술에 대한 유추를 하는 것에 대해 매우 놀랐습니다.

이 정도로 많은 사람들이 전기차를 넘어 배터리 그리고 이러한 부품에 대한 기술까지 잘 알고 있따는 것에 대해 신기하고 놀라웠습니다.

실제로 배터리 데이에 어떠한 내용이 나올지 저도 매우 궁금하고 기대가 됩니다.