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배터리의 실질적인 에너지 밀도를 높이는 데 새로운 연구가 진전되었습니다.
Demand for batteries is on the rise worldwide, thanks to their increasing use in the automotive industry, the growing popularity of portable consumer electronics, and stringent environmental regulations. As a result, the global battery market is projected to reach $800 billion by 2036, up from about $120 billion in 2023.
자동차 산업에서의 사용 증가, 휴대용 가전제품의 인기 증가, 엄격한 환경 규제로 인해 전 세계적으로 배터리 수요가 증가하고 있습니다. 이에 따라 글로벌 배터리 시장은 2023년 약 1,200억 달러에서 2036년에는 8,000억 달러에 이를 것으로 예상된다.
In light of this expected growth, researchers are continuously developing and testing new materials and chemicals to improve critical parts of batteries, which affect properties such as energy output, energy storage, power capacity, and cycling capacity.
이러한 예상되는 성장에 비추어 연구원들은 에너지 출력, 에너지 저장, 전력 용량 및 사이클링 용량과 같은 특성에 영향을 미치는 배터리의 중요한 부분을 개선하기 위해 새로운 재료와 화학 물질을 지속적으로 개발하고 테스트하고 있습니다.
These components include a cathode (positive electrode), an anode (negative electrode), an electrolyte (for ion transportation between electrodes), and a separator.
이러한 구성 요소에는 음극(양극), 양극(음극), 전해질(전극 간 이온 전달용) 및 분리막이 포함됩니다.
Most battery-powered devices today, such as EVs, smartphones, and energy storage systems, rely on lithium-ion battery technology. Lithium-ion batteries can store a huge amount of energy in compact sizes, charge fast, and last long.
오늘날 EV, 스마트폰, 에너지 저장 시스템 등 대부분의 배터리 구동 장치는 리튬 이온 배터리 기술을 사용합니다. 리튬 이온 배터리는 작은 크기에 엄청난 양의 에너지를 저장할 수 있고, 빠르게 충전되며, 오래 지속될 수 있습니다.
However, with the growing demand for batteries with greater capabilities, new technologies are being researched and developed to improve efficiency, reduce cost, enhance safety, and promote sustainability.
그러나 더 높은 성능의 배터리에 대한 수요가 증가함에 따라 효율성 향상, 비용 절감, 안전성 향상 및 지속 가능성 증진을 위한 새로운 기술이 연구 개발되고 있습니다.
Over the years, continuous research has led to advancements that offer promising alternatives to lithium-ion and lead-acid batteries.
수년에 걸쳐 지속적인 연구를 통해 리튬 이온 및 납축 배터리에 대한 유망한 대안을 제공하는 발전이 이루어졌습니다.
Sodium-ion batteries offer a more affordable and safer option that performs better at lower temperatures. These batteries are similar to lithium-ion batteries but utilize saltwater as an electrolyte, making them more suitable for energy storage, though they are yet to be optimized. Researchers are even using electrolyte gel to make nanowires more resilient and fit for battery use.
나트륨 이온 배터리는 더 낮은 온도에서 더 나은 성능을 발휘하는 보다 저렴하고 안전한 옵션을 제공합니다. 이 배터리는 리튬 이온 배터리와 유사하지만 바닷물을 전해질로 사용하므로 아직 최적화되지 않았지만 에너지 저장에 더 적합합니다. 연구자들은 나노와이어의 탄력성을 높이고 배터리 사용에 적합하게 만들기 위해 전해질 젤을 사용하고 있습니다.
Solid-state batteries, on the other hand, use a solid electrolyte such as glass, ceramic, or polymer instead of gel or liquid electrolyte. These batteries are far more efficient, weigh less, charge faster, and are already being used in smartphones and pacemakers. Toyota and BMW are currently working on launching solid-state battery-powered cars, though it will still take a few years.
반면 전고체 배터리는 젤이나 액체 전해질 대신 유리, 세라믹, 폴리머 등 고체 전해질을 사용한다. 이 배터리는 훨씬 더 효율적이고, 무게도 더 가볍고, 충전도 더 빠르며, 이미 스마트폰과 심박 조율기에 사용되고 있습니다. 토요타와 BMW는 현재 전고체 배터리 구동 자동차 출시를 위해 노력하고 있지만 아직 몇 년이 걸릴 것으로 보인다.
New battery technologies further include lithium-sulfur batteries, which are cost-efficient but have a durability limitation, and cobalt-free lithium-ion batteries, which can help address human rights concerns in cobalt mining. However, alternatives like TAQ are still new and need more testing.
새로운 배터리 기술에는 비용 효율적이지만 내구성에 한계가 있는 리튬-황 배터리와 코발트 채굴에 따른 인권 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있는 무코발트 리튬 이온 배터리가 포함됩니다. 그러나 TAQ와 같은 대안은 여전히 새롭고 더 많은 테스트가 필요합니다.
Zinc-based batteries are also being explored, with technologies including zinc-manganese dioxide, zinc-air, zinc-bromine, and zinc-ion batteries. However, they are inefficient, sometimes involve unexpected chemical conversion reactions, and are expensive to manufacture, requiring more research.
아연-이산화망간, 아연-공기, 아연-브롬 및 아연 이온 배터리를 포함한 기술을 사용하여 아연 기반 배터리도 연구되고 있습니다. 그러나 비효율적이고 때로는 예상치 못한 화학적 전환 반응이 수반되며 제조 비용이 많이 들고 더 많은 연구가 필요합니다.
As the world increasingly relies on batteries, scientists globally are focused on achieving breakthroughs in storage times, power output, production costs, and instant readiness.
세계가 배터리에 점점 더 의존함에 따라 전 세계 과학자들은 저장 시간, 전력 출력, 생산 비용 및 즉각적인 준비 측면에서 획기적인 발전을 달성하는 데 중점을 두고 있습니다.
Latest Battery Breakthrough: Rock Salt-polyanion Cathodes
최신 배터리 혁신: 암염-폴리음이온 음극
New research has made an advancement in increasing the practical energy density of the battery. Published in Nature Energy late last month, the study titled “Integrated rocksalt–polyanion cathodes with excess lithium and stabilized cycling,” was conducted by the MIT Department of Nuclear Science and Engineering.
배터리의 실질적인 에너지 밀도를 높이는 데 새로운 연구가 진전되었습니다. 지난 달 말 네이처 에너지(Nature Energy)에 발표된 이 연구는 "과잉 리튬 및 안정화된 사이클링을 갖춘 통합 암염-폴리음이온 음극"이라는 제목으로 MIT 원자력 과학 및 공학부에서 수행되었습니다.
The study focuses on a new cathode material found in disordered rock salt, which has been studied as an advanced cathode material for use in lithium-ion batteries for over a decade.
이 연구는 10년 넘게 리튬 이온 배터리에 사용하기 위한 고급 양극 재료로 연구되어 온 무질서 암염에서 발견된 새로운 양극 재료에 중점을 두고 있습니다.
MIT researchers made sure that the material can create high-energy, low-cost storage for EVs, mobile phones, and renewable energy storage.
MIT 연구원들은 이 물질이 EV, 휴대폰 및 재생 에너지 저장 장치를 위한 고에너지, 저비용 저장 장치를 만들 수 있음을 확인했습니다.
Led by Ju Li, the Tokyo Electric Power Company Professor in Nuclear Engineering, the team discovered DRXPS, or disordered rock salt-polyanionic spinel, as the new material.
도쿄 전력회사의 원자력 공학 교수인 Ju Li가 이끄는 연구팀은 DRXPS(무질서한 암염-다가음이온 스피넬)를 새로운 물질로 발견했습니다.
This new category of partially disordered rock salt cathode, integrated with polyanions, is found to deliver high energy density at high voltages with enhanced cycling stability. This is a great achievement, given that there is typically a trade-off between energy density and cycling stability in cathode materials.
폴리음이온과 통합된 이 새로운 범주의 부분적으로 무질서한 암염 음극은 향상된 순환 안정성과 함께 고전압에서 높은 에너지 밀도를 제공하는 것으로 밝혀졌습니다. 양극재의 에너지 밀도와 순환 안정성 사이에는 일반적으로 상충 관계가 있다는 점을 고려하면 이는 대단한 성과입니다.
“With this work, we aim to push the envelope by designing new cathode chemistries.”
"이 연구를 통해 우리는 새로운 음극 화학물질을 설계하여 한계를 뛰어넘는 것을 목표로 합니다."
– Yimeng Huang, the paper’s first author, a postdoc at the NSE
– 논문의 첫 번째 저자이자 NSE의 박사후 연구원인 Yimeng Huang
Now, how is the new material family able to achieve both high energy density and good cycling stability? The answer lies in the integration of two key cathode materials — rock salt and polyanionic olivine. By combining them, it was able to get both of their benefits.
그렇다면 새로운 소재 계열은 어떻게 높은 에너지 밀도와 우수한 사이클링 안정성을 모두 달성할 수 있을까요? 그 답은 암염과 다가음이온 감람석이라는 두 가지 주요 음극 물질의 통합에 있습니다. 이를 결합함으로써 두 가지 이점을 모두 얻을 수 있었습니다.
Another thing at play here is manganese (Mn), a hard, silvery metal found in abundance on Earth and much cheaper than other elements currently used in today’s cathodes.
여기에 작용하는 또 다른 요소는 지구상에서 풍부하게 발견되는 단단한 은빛 금속인 망간(Mn)이며 현재 음극에 사용되는 다른 원소보다 훨씬 저렴합니다.
For example, Manganese is about thirty times less expensive than Cobalt (Co) and five times less expensive than Nickel (Ni), both of which are commonly used in batteries. Additionally, Manganese plays a crucial role in achieving higher energy densities.
예를 들어 망간은 배터리에 흔히 사용되는 코발트(Co)보다 약 30배, 니켈(Ni)보다 5배 저렴하다. 또한 망간은 더 높은 에너지 밀도를 달성하는 데 중요한 역할을 합니다.
“(Having such a) material be much more earth-abundant is a tremendous advantage.”
“(이런) 물질이 지구에 훨씬 더 풍부하다는 것은 엄청난 이점입니다.”
– Li, a professor of materials science and engineering
– Li 재료공학과 교수
This advantage, according to the researchers, is of great value to a zero-carbon future which requires renewable energy infrastructure.
연구원들에 따르면 이러한 이점은 재생 에너지 인프라가 필요한 탄소 제로 미래에 큰 가치가 있다고 합니다.
Batteries can play an important
배터리는 중요한 역할을 할 수 있습니다
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