전기차 배터리 회사 CATL와 드러나는 중국 배터리 굴기
전기자동차에 대한 수요가 지속적으로 증가하면서 전기차용 배터리에 대한 수요도 함께 증가하고 있다. 연간 누적 글로벌 전기차 배터리 점유율은 LG화학, CATL, 파나소닉이 1~3위를 앞다투고 있다. LG화학은 국내 자동차 회사 및 유럽 시장에서 두각을 나타내며, CATL은 중국 전기자동차 회사들에게 배터리를 공급하고 있다. 그리고 파나소닉은 이전부터 지속적으로 테슬라에게 전기차 배터리를 공급하고 있다. 이중, 중국 배터리 회사인 CATL 이전까지는 국내 및 일본 배터리 회사와는 비교가 되지 않는 배터리 후발 주자였지만 최근 급성장하며 중국발 배터리 굴기를 보여주고 있다. 그렇다면 CATL는 과연 어떤 회사길래 이렇게 성장할 수 있었을까? CATL 개요 CATL의 공식 명칭은 "컨템퍼러리 암페렉스 테크놀로..
2차전지의 안전성을 담당하는 '분리막'
분리막의 역할 2차전지의 단위 셀은 양극, 음극, 전해액 그리고 분리막으로 이루어져 있다. 분리막은 전해액 내부에서 물리적으로 공간을 분리시켜 놓는다. 절연 소재로 이루어진 분리막은 다음과 같은 역할을 가지고 있다. (1) 양극과 음극의 접촉 방지 2차전지 내부에서 이루어지는 전기화학 반응은 간접 반응을 통한 전기 에너지 생산으로, 전해액을 사이로 두고 있는 양극과 음극의 반쪽 반응에서 발생하는 전하들의 이동으로 이루어진다. 만약, 양극과 음극이 분리되지 않고 직접적으로 반응하면 연소 반응이 일어나고, 쇼트가 발생하여 화재가 일어나게 된다. 때문에, 전해액에 분리막을 삽입하여 양극과 음극의 접촉을 차단시킨다. (2) 이온들의 이동 통로 전기화학 반응 과정에서 리튬과 같은 이온들은 전해액을 타고 이동한다...
BETTERIAL, 배터리 성능 높이는 탄소나노튜브(CNT) 도전재 소재‧장비 개발
2020.12.20 국내 배터리 소재‧장비 스타트업 기업인 베터리얼(BETTERIAL)이 탄소나노튜브(CNT)와 같은 나소 소재를 활용하여 2차 전지의 도전재에 적용할 수 있는 기술을 개발했다. 도전재는 양극과 음극 활물질과 집전체(동박, 알루미늄박) 사이에 쓰는 재료로 활물질의 전도성을 높여주는 역할을 한다. 그동안의 도전재는 주로 카본블랙이 사용되어 왔는데, 전기전도성이 만족스럽지 못해 활물질이 손실되는 문제가 있었다. 카본블랙 대신 탄소나노튜브(CNT)와 같은 나소 소재를 사용하면 전기전도성을 높일 수 있다. 하지만, CNT는 서로 뭉치려는 특성이 있기 때문에 넓게 펼쳐 사용해야하는 도전재로는 사용하기 어려웠고, 이를 분산시키는 분산액과 도포 장비 기술 또한 부족했다. 베터리얼(BATTERIAL)은..
현대자동차그룹, 로봇 공학 기업 보스턴 다이내믹스 인수
국내 자동차 기업인 현대자동차그룹이 미국의 로봇공학 기업인 보스턴 다이내믹스를 인수했다. 자동차는 공학 기술의 집합체라고 하는 말이 있는 만큼 자동차 회사들은 다양한 산업의 회사들과 M&A를 체결하곤 하지만, 자동차와는 전혀 관련 없어 보이는 로봇 회사를 인수한 것은 이례적인 일이다. 그렇다면 보스턴다이내믹스는 어떤 회사이고 왜 현대자동차그룹은 이 회사를 인수했을까? 보스턴 다이내믹스(BostonDynamics) 보스턴 다이내믹스는 로봇 시뮬레이션·디자인 및 로봇 공학 기업으로, 1992년 마크 레이버트(Marc Raibert) 박사에 의해 창립되었다. 이전까지의 로봇이나 휴머노이드들은 누가 보아도 로봇이라고 말하기 어려울 정도의 운동 성능과 제어 성능을 보여주었지만, 보스턴 다이내믹스가 Youtube에..
2차전지의 구성(Cell, Module, Pack)과 종류
2차 전지의 구성 전기 자동차와 ESS와 같은 대형 시스템은 배터리 셀 한개의 출력만으로는 필요한 전력을 유지할 수 없다. 때문에 여러개의 셀을 결합하여 하나의 배터리 시스템을 구성하여 사용한다. 배터리 셀(Cell)은 2차 전지의 가장 기본 단위로, 양극, 음극, 전해질, 분리막으로 구성된다. 배터리 모듈(Module)은 전지의 출력을 높이고, 외부의 충격이나 진동으로 보호하기 위해 일정한 개수의 배터리 셀들을 결합하여 하나의 프레임(Frame)에 넣은 조립체이다. 그리고 배터리 팩(Pack)은 여러개의 배터리 모듈들을 연결하고 열 관리 및 전기적 제어 시스템인 BMS(Battery Mangement System)을 추가한 최종적인 형태이다. 정리하면, 배터리 셀이 모여 배터리 모듈이 되고 배터리 모듈..
2차전지의 원리와 구성 요소
전지의 원리 전지는 화학 물질의 자발적인 산화, 환원 반응에서 발생하는 전자를 이용하여 전기 에너지를 생성하는 기기를 말한다. 전하가 잘 이동할 수 있는 공간(전해질)에 극성이 서로 다른 물질을 분리시켜 놓으면, 산화가 더 잘되는 물질에서 전자가 분리되어 전극을 타고 상대적으로 산화 반응이 느린 물질로 이동하여 환원을 일으킨다. 여기서 산화 반응이 일어나는 극을 음극이라고 하고, 환원 반응이 일어나는 극을 양극이라고 한다. 그리고 전자가 들어오는 극을 Cathode, 전자가 나가는 극을 Anode라고 한다. 이러한 전기화학반응에 한 방향으로만 일어나는 전지를 1차 전지라고 하고, 양 방향으로 일어나는 전지를 2차 전지라고 한다. 2차 전지는 방전된 전지에 외부 전원을 연결하여 다시 사용이 가능한 상태로 ..
삼성SDI, 헝가리 괴드 2공장 투자 본격화
2020.12.10 2025년부터 시행될 유로7의 환경규제에 맞춰 유럽에서의 전기차 수요는 지속적으로 확대되고 있다. 이에 삼성SDI는 헝가리의 괴드에 전기차 전용 배터리 공장을 설립하고 지속적인 투자를 이어나가고 있다. 삼성SDI의 전기차용 배터리를 생산하는 헝가리 괴드 공장에 제 2공장 투자가 시작되었다. 2공장은 기존 1공장의 두 배 이상의 규모로, 에너지 밀도를 높이고 신소재, 신공법이 적용된 5세대(Gen5) 배터리를 생산한다. 이에 지난 11월부터 헝가리 괴드 2공장에서 사용될 설비와 장비의 발주가 시작되었다. 2공장은 원료 투입 기준으로 7개의 생산 라인을 갖추며, 조립 공정 라인으로는 최소 10개 이상의 라인을 갖출 것으로 예상되어 월 1200만셀의 배터리 생산이 가능할 것으로 전망된다. ..
연료전지 개론_Chapter 6. 연료전지 성능과 모델링
"이 글은 수식을 표현하기 위해 LaTeX 문법을 사용했기 때문에, 모바일 환경에서는 글이 깨질 수 있습니다." 연료전지를 모델링할 때 설계 목표는 연료전지의 성능과 효율에 관한 것이다. 연료전지의 성능(전압)은 가역적인 열역학적 전압에서 반응 속도 손실, 이온 전달 손실, 물질 전달 손실과 같은 전압 손실을 뺀 값으로 나타난다. 열역학적 가역 전압, \(E_{thermo}\) 가역적인 열역학적 전압 \(E_{thermo}\) 은 Nernst Equation으로 나타내어진다. 이때, 농도에 의한 전압은 \(\eta_{conc}\)에서 다루므로, 온도에 의한 전압만 고려한다. $$E=E^{0}+\frac{\triangle \hat{s}}{nF}(T-T_{0})$$ 반응 속도 손실, \(\eta_{act}\..
연료전지 개론_Chapter 5. 물질 전달에 의한 손실
"이 글은 수식을 표현하기 위해 LaTeX 문법을 사용했기 때문에, 모바일 환경에서는 글이 깨질 수 있습니다." Mass Transfer in Fuel Cell 연료전지 내부에서는 전기를 꾸준히 생산하기 위해 연료와 산화물을 공급하고 생성물을 배출한다. 그리고 이러한 물질 전달 과정에서 손실이 발생한다. 물질 전달은 전극에서의 물질 전달인 (1) 확산(Diffusion)과 유료에서의 물질 전달인 (2) 대류(Convection)로 2가지 경우로 나눌 수 있다. Concentration Profile of Convection and Diffusion 연료전지의 전극과 전해질 사이에는 다공성의 기체 확산층이 존재하여 이온들이 쉽게 전달될 수 있도록 한다. 유로를 통해 반응물이 주입되고 전류에 의해 \(H_{..
연료전지 개론_Chapter 4. 이온전달에의한 손실_(2) 이온전도도
"이 글은 수식을 표현하기 위해 LaTeX 문법을 사용했기 때문에, 모바일 환경에서는 글이 깨질 수 있습니다." Electronic Conduction \(\eta_{ohmic}=iR=i(\frac{L}{A\sigma})\) 에서 알 수 있듯이 ohmic loss 이온 전도도 \(\sigma\) 에 의해 결정된다. 이온 전도도 \(\sigma\) 는 다음과 같이 나타내어진다. $$\sigma_{i}=(|z_{i}| F)c_{i}u_{i})$$ 여기서 \(z_{i}\) = 전하량, \(F\) = 패러데이 상수, \(c\) = 몰 농도, \(u\) = 이동도를 뜻한다. 이때, 이동도 \(u\)는 전해질의 종류(Metal, Solid, Liquid, Polymer에 따라 다르다.) (1) Mobility of..