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리튬이온 배터리는 납축전지 대비 에너지 밀도가 높고 출력이 우수한데다 수명도 길다. 부피는 4분의 1 수준으로 작으며, 무게는 5분의 1 수준으로 가볍다. 또 납축전지 보관온도는 20∼25℃이지만, 리튬이온배터리는 0∼40℃ 사이에서 자유롭게 사용 가능하다.
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가스너 전지 이후 충전에 대해 수요가 증가해 납축전지가 등장하고
니켈 카드뮴 – 니켈 철 – 리튬이온배터리로 이어지게 됩니다.
가볍고 고용량인데다 친환경적인 리튬이온배터리에 대해 알아보시죠😍
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납 축전지와 리튬 전지의 차이점
납산 배터리의 양극 및 음극 재료는 산화 납, 금속 납 및 농축 황산입니다. 리튬 이온 배터리에는 양극 (리튬 코발 테이트 / 망간) 리튬 산 / 인산 철 …
Source: ko.chilweebattery.com
Date Published: 1/19/2021
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납산 배터리 vs. 리튬 배터리 : 전동 지게차에 가장 적합한 배터리 …
리튬 이온 배터리는 납산의 경우 100 % 미만으로 80 % 방전됩니다. … 납 축전지와 달리 리튬 이온 배터리를 정기적으로 완전히 충전하지 못하더라도 배터리가 손상 …
Source: www.lithiumforkliftbattery.com
Date Published: 9/16/2021
View: 6973
지금부터 리튬이온전지 시대? 꾸준히 성장하는 납축전지 시장!
이게 바로 세계 최초의 화학전지, 볼타전지입니다. 1차 전지와 2차 전지의 차이. 1차 전지와 2차 전지의 차이. 배터리는 크게 두 종류로 나눌 …
Source: blog.lgchem.com
Date Published: 1/16/2021
View: 2172
오늘날 리튬이온 배터리가 정말 최선의 선택일까요? 2021
납축전지의 비에너지는 약 40-50Wh/kg인 반면 리튬이온 배터리는 약 150Wh/kg입니다. 납산 배터리의 에너지 밀도 값은 80-100Wh/리터인 반면 리튬 이온 배터리는 250Wh/ …
Source: microtexindia.com
Date Published: 5/13/2021
View: 7721
데이터 센터에 사용되는 리튬 이온 배터리의 장점과 단점
납축전지는 3-6년 동안 작동되는 반면에 리튬-이온 배터리는 10년 또는 그 … 시스템의 유지보수 비용과 시스템의 전체 교체 비용을 비교하여 따져보아야 한다.
Source: www.deltapowersolutions.com
Date Published: 1/8/2022
View: 6085
납축전지 리튬이온전지 비교 | 2차 전지의 발전과정ㅣ납축전지 …
12V 납축전지는 퇴출되는가? 기존전지와 리튬이온배터리 비교; 배터리 종류 특징,납축전지(납산배터리),리튬이온(인산철,니켈코발트망간, …
Source: you.pilgrimjournalist.com
Date Published: 12/16/2021
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주제에 대한 기사 평가 납축전지 리튬이온전지 비교
- Author: 삼성SDI
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- Date Published: 2021. 4. 29.
- Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=FAlc335nsgs
2차전지 시장, 납축전지 가고 리튬이온배터리 온다
(서울=연합뉴스) 현혜란 기자 = 충전해서 다시 사용할 수 있는 배터리, 즉 2차전지 시장 구조에 변화 조짐이 보인다.
기존 2차전지 시장은 납축전지가 대세를 이루고 있었으나, 최근 리튬이온 배터리로 갈아타는 움직임이 뚜렷하다.
15일 시장조사기관 B3와 관련 업계에 따르면 지난해 납축전지 시장 규모는 320억 달러(34조원)로, 리튬이온 배터리 시장의 2배에 이른다.
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이 가운데 리튬이온 배터리로 대체하는 시장 규모는 올해 기준 약 15억 달러(1조6천억원)다. 2020년에는 대체 시장규모가 68억 달러(7조원)로 커질 전망이다.
특히 에너지저장장치(ESS) 시장에서는 올해부터 납축전지 규모는 줄고 리튬이온 배터리 규모는 커져 2018년에 이르면 역전될 것으로 업계는 보고 있다.
납축전지 ESS는 연평균 3.5%씩 역성장하는 반면, 리튬이온 배터리 ESS는 연평균 45.7%씩 성장한다는 게 업계의 관측이다.
지난해 리튬이온 배터리 ESS 시장 규모는 11억8천만 달러(1조2천억원)였지만, 2018년까지 94억1천만 달러(9조7천억원)로 늘어날 전망이다.
반면 납축전지 ESS 시장규모는 지난해 108억 달러(11조2천만원)에서 점차 줄어 2018년 76억1천만 달러(7조9천억원)로 축소들 것이라는게 업계의 분석이다.
ESS 외에도 리튬이온 배터리로 대체 가능한 납축전지 시장은 무궁무진하다.
실제로 삼성SDI[006400]는 그간 납축전지가 장악해 온 전기자전거와 골프 카트 시장에 진출하는 데 성공했다.
알톤스포츠[123750] 전기자전거, 대구컨트리클럽 골프장 골프 카트 등에는 삼성SDI의 리튬이온 배터리가 장착됐다.
리튬이온 배터리가 주목받는 이유는 납축전지보다 성능이 뛰어나기 때문이다.
리튬이온 배터리는 납축전지 대비 에너지 밀도가 높고 출력이 우수한데다 수명도 길다. 부피는 4분의 1 수준으로 작으며, 무게는 5분의 1 수준으로 가볍다.
또 납축전지 보관온도는 20∼25℃이지만, 리튬이온배터리는 0∼40℃ 사이에서 자유롭게 사용 가능하다. 즉, 냉난방 비용을 아낄 수 있다는 장점이 있다.
이러한 장점에도 아직까지 납축전지가 널리 쓰이는 이유는 가격이 리튬이온 배터리보다 4분의 1 수준으로 저렴한 탓이다.
배터리 업계에서는 기술개발과 원가 절감 노력으로 납축전지와 리튬이온 배터리 가격 격차를 줄여나가고 있다.
제보는 카카오톡 okjebo <저작권자(c) 연합뉴스, 무단 전재-재배포 금지>
납산 배터리 vs. 리튬 배터리 : 전동 지게차에 가장 적합한 배터리는?
2020 / 06 / 02 | 리튬 지게차 배터리 | 0
무엇보다도 변화는 일반적으로 회의적으로 간주됩니다. 납 산은 150 년 동안 넘쳐 흐르는 곳이었습니다. 대부분의 산업은 새롭고 변화하는 기술에 적응하는 데 필요한 변화와 업그레이드를 싫어합니다. 그러나 속담이 있기 때문에 변함없는 것은 변화입니다. 무게, 위험한 산성 염기 및 오래된 효율성으로 납산을 끝낼 때입니다.
지게차 차량에 배터리를 사용하는 기업의 가장 중요한 특성 중 하나는 배터리의 수명입니다. 사용하는 동안 배터리가 얼마나 오래 지속되는지는 회사 운영 중에 중요한 역할을합니다. 비즈니스의 수익과 관련된 경우 효율성이 중요합니다. 리튬 이온 대 납산 배터리 수명
리튬 이온 또는 납산 축전지 수명이 차량에 더 적합할지 여부를 측정 할 때 두 가지 가장 큰 차이점은 다음과 같습니다.
사용 시간
리튬 이온 배터리와 납산 배터리 사이에는 일상적인 작동 중 배터리 수명에 큰 차이가 있습니다.
납축 전지 단점
1) 제한된 “사용 가능한”용량 :
일반적으로 일반적인 납축 “딥 사이클”배터리 정격 용량의 30 %-50 % 만 사용하는 것으로 간주됩니다. 이는 실제로 600 암페어 시간 배터리 뱅크가 실제 용량의 기껏해야 300 암페어 시간 만 제공한다는 것을 의미합니다.
가끔 배터리를 아주 많이 소모하면 수명이 크게 단축 될 것입니다.
2) 제한된 수명
배터리를 쉽게 사용하고 과도하게 소모하지 않도록주의하더라도 가장 단순한 딥 사이클 납축 배터리도 일반적으로 500-1000 사이클 동안 만 좋습니다. 배터리 뱅크를 자주 사용한다면 2 년이 지나도 배터리를 교체 할 수 있습니다.
3) 느리고 비효율적 인 충전
납 축전지의 일반적인 충전 및 사용주기는 8 시간 사용, 8 시간 충전, 3 시간 휴식 또는 진정입니다. 이는 납 축전지가 하루에 한 번만 사용할 수 있음을 의미합니다. 기업이 근로자를 고용하여 XNUMX ~ XNUMX 교대를 숨기면 납 축전지를 교체해야합니다. 즉, 차량 또는 키트 한 개당 XNUMX ~ XNUMX 개의 배터리가 필요합니다 (교대 당 XNUMX 개).
소프트웨어 개발 프로젝트와 마찬가지로 작업의 궁극적 인 20 %는 시간의 80 %를 차지할 수 있습니다.
하룻밤 동안 충전하는 경우 이것은 큰 문제가 아니지만 몇 시간 동안 작동하는 발전기를 꺼야하는 경우에는 큰 문제입니다 (종종 시끄럽고 실행 비용이 많이 듭니다). 그리고 당신이 태양열을 믿고 있고 따라서 최종 20 %가 끝나기 전에 해가지는 경우, 실제로 완전히 충전되지 않는 배터리를 쉽게 찾을 수 있습니다.
납축 배터리를 정기적으로 완전히 충전하지 못하면 조기에 노화된다는 사실이 아니라면 궁극적으로 몇 퍼센트를 완전히 충전하지 않는 것은 실제로 큰 문제가되지 않습니다.
4) 낭비되는 에너지
발전기 시간을 낭비하는 전부 또는 일부 외에도 납축 배터리는 또 다른 효율성 문제를 겪고 있습니다. 이는 고유 한 충전 비 효율성을 통해 최대 15 %의 에너지를 낭비합니다. 따라서 100 암페어의 전력을 제공하면 85 암페어 시간 만 저장됩니다.
태양이 내리거나 구름으로 덮이기 전에 가능한 한 각 앰프에서 최대 효율을 끌어 내려고하면 태양열을 통해 충전 할 때 특히 실망 스러울 수 있습니다.
5) 배치 문제
침수 된 납축 전지는 충전하는 동안 유해한 산성 가스를 방출하므로 표면으로 배출되는 밀폐 된 배터리 상자에 보관해야합니다. 배터리 산 유출을 방지하기 위해 수직으로 보관해야합니다.
AGM 배터리에는 이러한 제약이 없으며 통풍이되지 않는 곳에 놓을 수 있습니다. 심지어 lebensraum 내부에서도 마찬가지입니다. 이것은 종종 AGM 배터리가 유행하는 선원이되었다는 설명 중 하나입니다.
6) 유지 보수 요구 사항
침수 된 납 축전지는 주기적으로 물을 채워야합니다. 배터리 베이를 사용하기 어려운 경우 유지 관리가 번거로울 수 있습니다.
AGM과 겔 세포는 진정으로 유지 보수가 필요 없습니다. 유지 보수가 필요 없다는 단점이 있습니다. 실수로 과충전 된 플러드 셀 배터리는 끓는 물을 교체하여 회수 할 수 있습니다. 과충전 된 젤 또는 AGM 배터리는 일반적으로 돌이킬 수 없게 파괴됩니다.
7) Peukert의 손실 및 전압 강하
완전히 충전 된 48V 납축 축전지는 약 51.2V에서 시작하지만 방전되기 때문에 전압이 꾸준히 떨어집니다. 배터리에 전체 용량의 48 %가 여전히 남아 있으면 전압이 35V 아래로 떨어지지 만 일부 전자 장치는 작동하지 않을 수 있지만 전체 48V 공급으로 작동합니다. 이 “처짐”효과는 조명을 어둡게 만들 수도 있습니다.
리튬 이온 배터리 : 사실과 신화 분리
리튬 이온 배터리는 오늘날 에너지 솔루션의 최전선에 있습니다. 이 진화하는 기술에 대해 더 알고 싶으십니까?
1) 뛰어난 “가용”용량
납축 배터리와 달리 리튬 배터리 뱅크 정격 용량의 85 % 이상을 정기적으로 사용하는 것이 실용적이며 드물게 더 많이 사용하는 것으로 간주됩니다. 100 암페어 시간 배터리를 생각해보십시오. 납산 이었다면 30 ~ 50 암페어 시간의 주스를 사용하는 것을 알 수 있지만 리튬을 사용하면 85 암페어 시간 이상을 활용할 수 있습니다.
2) 수명 연장
실험실 결과에 따르면 LiFePO2000 배터리 뱅크를 잘 관리하여 5000 ~ 4 사이클을 확인할 수 있습니다. 이것은 이론적 결과이지만 최근 측정에 따르면 A 배터리는 75주기 후에도 여전히 용량의 2000 %를 제공합니다.
대조적으로, 가장 단순한 딥 사이클 납축 배터리조차도 일반적으로 500-1000 사이클에만 적합합니다.
3) 빠르고 효율적인 충전
리튬 이온 배터리는 종종 용량의 100 %까지 “빠르게”충전됩니다. 납 산과는 달리 최대 20 % 저장을 촉진하기 위해 흡수 단계가 필요하지 않습니다. 또한 충전기가 충분히 강력하다면 리튬 배터리도 엄청나게 빠르게 충전 할 수 있습니다. 충분한 충전 앰프를 제공하면 실제로 리튬 이온 배터리를 XNUMX 분 만에 완전히 충전 할 수 있습니다.
그러나 100 %까지 완전히 충전 할 수는 없지만 걱정할 필요는 없습니다. 납 축전지와 달리 리튬 이온 배터리를 정기적으로 완전히 충전하지 못하더라도 배터리가 손상되지는 않습니다.
이를 통해 정기적으로 완전 충전을 원하는 것에 대한 두려움없이 에너지 원을 얻을 때마다 에너지 원을 활용할 수있는 엄청난 유연성을 제공합니다. 태양계와 함께 부분적으로 흐린 날이 있습니까? 당신이 당신의 필요를 계속 유지하는 한 해가지기 전에 단순히 다시 채울 수 없다는 문제는 없습니다. 리튬을 사용하면 배터리 뱅크를 영구적으로 과소 충전 된 상태로 두는 것에 대해 걱정하지 않고 원하는 것을 흔들어 놓을 수 있습니다.
4) 낭비되는 에너지가 거의 없거나 전혀 없음
납축 배터리는 리튬 이온 배터리보다 전력 저장 효율이 떨어집니다. 리튬 배터리는 대부분의 납축 배터리의 100 % 효율에 비해 거의 85 % 효율로 충전됩니다.
태양이지고 구름으로 덮이기 전에 가능한 한 각 앰프에서 최대 효율을 끌어 내려고하면 태양열을 통해 충전 할 때 특히 중요 할 수 있습니다. 이론적으로 리튬은 거의 모든 태양 방울을 사용하여 배터리를 수집 할 준비가 된 것입니다. 패널을 보관할 수있는 제한된 지붕 및 공간으로 인해 장착 준비가 된 모든 평방 인치의 와트를 최적화하는 데 필수적입니다.
5) 기후 저항
납축 배터리와 리튬은 추운 환경에서 용량을 잃습니다. 아래 다이어그램에서 볼 수 있듯이 리튬 이온 배터리는 저온에서 훨씬 더 효율적입니다. 또한 방전율은 납축 배터리의 성능에 영향을 미칩니다. -20 ° C에서 1C 전류 (용량의 한 번)를 제공하는 리튬 배터리는 AGM 배터리가 용량의 80 %를 제공 할 때 에너지의 30 %를 제공 할 수 있습니다. 혹독한 환경 (뜨거운 환경과 추운 환경)에서 리튬 이온이 기술 선택입니다.
6) 더 적은 배치 문제
리튬 이온 배터리는 똑바로 세워서 보관하거나 통풍이 잘되는 배터리 칸에 보관할 필요가 없습니다. 그들은 또한 매우 쉽게 이상한 모양으로 조립 될 것입니다. 가능한 한 작은 구획에 최대한의 힘을 짜내려고한다면 플러스입니다. 이는 크기가 제한된 기존 배터리 베이가 있지만 현재 납 산이 제공 할 준비가 된 것보다 더 많은 용량을 원하거나 필요로 할 때 특히 유용합니다.
7) 적은 유지 보수 요구 사항
리튬 이온 배터리는 유지 보수가 상당히 필요합니다. BMS (Battery Management System)는 배터리 뱅크 동안 모든 셀이 균등하게 충전되도록하는 “밸런싱”프로세스를 자동으로 수행합니다. 배터리를 충전하기 만하면 여행 할 수 있습니다.
8) Peukert의 손실 및 전압 강하는 거의 존재하지 않음
리튬 배터리의 방전 곡선 (특히 스티 르산 기준)은 실제로 평평합니다. 즉, 20 % 충전 된 배터리는 80 % 충전 된 배터리와 거의 동일한 출력 전압을 제공합니다. 이렇게하면 납축이 방전 될 때 흔히 발생하는 “전압 강하”로 인한 문제를 방지 할 수 있지만, 전압 수준에 따라 배터리 모니터 또는 발전기 자동 시작이 리튬 뱅크를 모니터링 할 때 최소한 제대로 작동하지 않을 가능성이 높습니다.
반대로 리튬 배터리가 완전히 방전되면 전압이 빠르게 급강하합니다. 즉, 배터리를 보호하는 BMS 역할이 이러한 일이 발생하지 않도록합니다. 리튬 이온 뱅크를 한 번이라도 완전히 방전하면 전체 팩이 영구적으로 죽을 수 있습니다.
리튬 배터리의 또 다른 큰 장점은 Peukert의 손실이 본질적으로 존재하지 않는다는 것입니다. 이는 리튬 이온 배터리가 고전류에서도 최대 정격 용량을 제공 할 수 있음을 의미합니다. 납 산은 최대량을 고부하에서 40 % 용량 손실로 볼 수 있습니다. 실제로 이는 리튬 이온 배터리 뱅크가 에어컨, 전자 레인지 또는 인덕션 쿡탑과 같은 고전류 부하에 전력을 공급하는 데 적합하다는 것을 의미합니다.
9) 크기 및 무게 장점
평균 리튬 이온 배터리의 무게는 40 ~ 60 %이지만 표준 LAB입니다. 그것만으로도 거의 모든 응용 분야에서 연비를 크게 절약하거나 계수 등급을 끌 수 있습니다.
숫자에 의한 요약
1) 무게 : 리튬 이온 배터리는 납축 배터리 부하의 XNUMX/XNUMX입니다.
2) 효율성 : 리튬 이온 배터리는 충전 및 방전 모두에서 거의 100 % 효율이 높기 때문에 안팎에서 동일한 암페어 시간을 허용합니다. 납축 배터리의 비효율은 충전 중에 15A의 손실을 초래하고 급속 방전은 전압을 빠르게 떨어 뜨리고 배터리 용량을 감소시킵니다.
3) 방전 : 리튬 이온 배터리는 납산에 대해 100 % 방전되지만 80 % 방전됩니다. 대부분의 납축 전지는 50 % 깊이의 방전을 권장하지 않습니다.
4) 수명 : 리튬 이온 배터리는 납산에서 5000-400 회만 사용하는 것과 비교하여 500 회 이상을 반복합니다. 리튬 이온 배터리에서는 약간의 영향을받는 반면, 납산의 방전 수준이 높으면 사이클 수명이 크게 달라집니다.
5) 전압 : 리튬 이온 배터리는 전체 방전주기 동안 전압을 유지합니다. 이를 통해 전기 부품의 효율성이 더 길고 오래 지속됩니다. 납산 전압은 방전주기 내내 지속적으로 떨어집니다.
6) 비용 : 리튬 이온 배터리의 초기 비용이 높음에도 불구하고 실제 소유 비용은 수명과 성능을 고려할 때 납산입니다.
7) 환경 영향 : 리튬 이온 배터리는 청정 기술이며 환경에 더 안전합니다.
히프 라인
차량용 배터리 구매는 상당한 투자가 될 수 있습니다. 각 배터리의 수명은 회사 운영 및 직원의 효율성에 직접적인 영향을 미칩니다.
리튬 이온 배터리가 제공하는 가장 큰 장점 중 하나는 일상적인 작업 중에 긴 수명과 긴 배터리 수명입니다. 충전을위한 짧은 중단 시간이있는 리튬 이온 배터리는 창고 운영과 같은 다중 교대 위치에서 특히 유용합니다.
하나의 배터리는 3 교대 동안 전원을 공급할 수 있습니다. 반면에 납 축전지는 충전 및 냉각 기간이 필요하기 전에 XNUMX 시간 동안 XNUMX 교대로만 전력을 공급할 수 있습니다. 이를 위해서는 모든 차량에 대해 교대 당 하나의 배터리가 필요하므로 회사는 향후 훨씬 더 많은 비용이 듭니다.
폴리머 인사이트 #12. 지금부터 리튬이온전지 시대? 꾸준히 성장하는 납축전지 시장!
전자제품의 필수, 배터리! 그 시작은?
배터리가 없는 우리 생활은 상상할 수 없습니다. 휴대전화, 노트북 컴퓨터, 자동차 등 현대인의 필수 아이템에는 전부 배터리가 쓰입니다. 전지라고도 불리는 배터리는 언제부터 우리 삶을 바꾸기 시작했을까요? 배터리의 시작은 이탈리아의 물리학자 알레산드로 볼타(Alessandro Volta)에서 찾을 수 있습니다. 볼타는 갈바니(Galvani)가 주장한 ‘동물 전기’에 의문을 가지고 연구를 시작하게 됩니다. 그렇다면 갈바니가 주장한 ‘동물 전기’는 무엇일까요?
1780년, 개구리 다리가 금속에 닿아서 경련을 일으키는 모습을 목격한 갈바니는 이를 바탕으로 여러 번 실험을 거듭합니다. 그 결과 갈바니는 개구리 자체에서 만들어진 전기 때문에 경련이 일어났다고 생각합니다. 그리고 이 전기를 ‘동물 전기’라 부릅니다. 하지만 볼타는 금속 사이에서 발생한 전기가 개구리 뒷다리로 흘러서, 경련이 발생한 게 아닐까 하고 의구심을 품습니다. 이를 증명하기 위해 볼타는 여러 번 실험을 거듭했고 전기가 금속 사이에서 발생했음을 알게 됩니다. 또 동물 속 수분이 매개체 역할을 했음을 밝혀냅니다. 즉, 개구리가 전해질 역할을 한 것입니다. 이 실험 결과를 바탕으로 볼타는 전기를 만드는 구조물을 제작하게 됩니다. 구리판과 아연판을 두고 이 두 금속 사이에 소금물을 적신 헝겊을 쌓아둡니다. 이게 바로 세계 최초의 화학전지, 볼타전지입니다.
1차 전지와 2차 전지의 차이
배터리는 크게 두 종류로 나눌 수 있습니다. 1차 전지와 2차 전지인데요. 큰 차이점은 바로 ‘사용한 후 폐기하느냐’, ‘다시 반복해서 사용할 수 있느냐’입니다. 1차 전지는 한 번 사용한 뒤에는 폐기해야 합니다. 대표적인 1차 전지로는 알칼리전지를 들 수 있습니다. 알칼리전지는 전해액으로 수산화칼륨 수용액을 사용합니다. 양극(+)은 볼록 튀어나왔으며 이산화망간(MnO2) 전극이 연결되어 있고 음극(-)은 평평하며 아연(Zn) 분말이 연결되어 있습니다. 알칼리전지를 전자 기기에 꽂으면 자발적으로 산화/환원 반응이 진행되면서 아연은 산화아연(ZnO)으로 변하고 이산화망간은 삼산화이망(Mn2O3)이 됩니다.
2차 전지는 1차 전지와 달리 쓰임이 다 한 뒤에도 다시 충전하여 반복해서 쓸 수 있습니다. 대표적인 2차 전지로 납축전지와 리튬이온전지를 들 수 있습니다. 납축전지는 프랑스의 플랑테가 개발한 전지로 양극(+)은 이산화납(PbO2)이고 음극(-)은 납(Pb), 전해질로는 묽은 황산(2H2SO4)을 사용합니다.
리튬이온전지는 양극(+)으로 리튬코발트산화물(LiCoO2)을, 음극(-)으로 흑연(Graphite)을 주로 사용하며 유기 전해질을 넣습니다. 리튬이온전지는 차세대 배터리로 주목을 받고 있습니다. 작고 가벼워서 휴대전화나 노트북 등 경량화가 필요한 디지털 기기에 더없이 좋기 때문인데요. 전기 자동차가 점점 증가하면서 덩달아 리튬이온전지의 생산도 늘고 있다고 합니다. 미래의 전지, 내일의 배터리로 불리는 리튬이온전지! 그렇다면 리튬이온전지에 밀려 납축전지는 이제 필요 없는 배터리가 된 것일까요?
납축전지, 필요 없을까?
전기차 혹은 하이브리드 자동차 때문에 리튬이온전지의 생산이 늘어나고 있다는 뉴스를 한 번쯤 접한 적이 있을 것입니다. 그와 연계해 납축전지는 더 이상 필요 없는 배터리가 아닌가, 라는 의견도 등장하고 있습니다. 실제로는 어떠할까요?
위의 표를 살펴보면 알 수 있듯이 리튬이온전지만큼 납축전지도 엇비슷하게 매출이 성장했습니다. 좀 더 세부 내용을 살펴보면 니켈카드뮴전지, 아연망간전지 등의 생산량과 매출액은 감소하거나 엇비슷한 데에 비해 납축전지는 2012년 대비 2013년과 2014년에 꾸준히 증가했습니다. 그 이유는 무엇일까요? 리튬이온전지가 쓰이는 전기차와 하이브리드차에도 납축전지가 필요하기 때문입니다.
위의 사진처럼 토요타 캠리 하이브리드에도 납축전지가 들어가 있습니다. 납축전지는 자동차 SLI(Starting, Lighting, Ignition) 역할을 합니다. 시동, 점등, 점화의 역할만이 아니라 내비게이션 , 블랙박스, 통풍/온열 시트 같이 점점 세밀해지는 자동차 성능에 대한 요구 때문에 납축전지도 중요해지고 있습니다.
중국의 1위 납축전지 회사인 Leoch(理士)의 대표는 언론매체와 인터뷰에서 ‘납축전지는 100여 년 동안 끊임없이 발전해왔고 최근 흑연탄소 등 신재료의 개발과 응용에 따라 성능 또한 지속적으로 향상되고 있다’라며 ‘납축전지의 우수한 원가 경쟁력 및 제조 특성으로 미래에 발전할 가능성이 크다’라고 언급했습니다.
리튬이온전지가 배터리 역사에 극적으로 등장했고 미래의 배터리로 이야기되지만, 납축전지 역시 여전히 필요한 배터리임을 알 수 있습니다. 그럼, 납축전지는 주로 어떤 곳에 쓰일까요?
크게 운송 장치(Transportation), 동력 장치(Motive Power), 예비 전력(Reserve Power)으로 나눌 수 있습니다. 운송 장치로는 자동차, 선박, 오토바이, 골프 카 등이 있고 동력 장치로는 산업용 리프트, 기관차 등이 있습니다. 예비 전력으로 무정전 전원 장치(UPS) 등이 있습니다. 이 중에서 자동차가 납축전지 시장의 80%를 차지할 정도이며 최근 들어서는 무정전 전원 장치(UPS) 수요의 증가로 산업용 배터리 수요도 늘고 있습니다.
납축전지 외장 케이스로 쓰이는 플라스틱
납축전지 제작 시에 외장 케이스로 플라스틱이 쓰이는데, 12V 100A 규격의 납축전지의 경우 2016년 기준으로 국내에서는 약 18,000톤 정도가 쓰였다고 합니다. 폴리프로필렌 (Polypropylene, PP), 아크릴로나이트릴 부타다이엔 스타이렌 공중합체(Acrylonitrile Butadiene Styrene Copolymer, ABS) 등 다양한 플라스틱이 납축전지 외장 케이스로 사용됩니다. 이 플라스틱의 경우 다음과 같은 평가 기준을 가지고 테스트를 진행하고 있습니다.
내화학성 평가
사출된 제품에 빙초산을 채워 일정 시간이 지난 뒤에, 크랙(Crack)을 관찰합니다.
내충격성 평가
평평한 곳에 제품을 놓은 뒤 500g의 추를 이용해 0.5m, 1m 높이에서 여러 번 떨어뜨립니다. 이후 크랙(Crack)이 발생했는지를 관찰하고 평가합니다.
내열성 평가
배터리 케이스 두 개를 조립하여 접착시킨 뒤 공기를 채워서 일정 압력을 유지하도록 만듭니다. 이후 80℃에서 2시간 동안 에이징(Aging)한 뒤에 소재별로 얼마나 변형이 되었는지 그 길이를 정량적으로 평가하는 방법입니다.
납축전지 시장의 미래
많은 사람이 납축전지 시장은 이미 죽어가는 시장이라고 말합니다. 하지만 앞서 살펴본 것처럼 납축전지 시장은 꾸준히 성장하고 있습니다. 국내만이 아니라 전 세계적으로도 많은 납축전지 회사들이 존재합니다. 또 납축전지에 쓰이는 플라스틱 시장 또한 거대합니다.
산업연구원이 지난 해 2018년 3월 15일 발표한 <국내 이차전지 산업 현황과 발전과제>를 살펴보면 리튬이온전지가 발전되면서 시장이 확장되고 있지만 자동차 시동에 필요한 납축전지 시장 또한 꾸준히 증가했다고 나와 있습니다. 미래의 배터리 시장을 위해서 납축전지 또한 여러 시도를 해야 합니다. 다양한 환경에서 견딜 수 있는 플라스틱 원료를 개발하고 또한 금형을 제작해 테스트를 거쳐야 합니다. 100년 넘게 쓰이고 있는 납축전지 역시 미래를 대비해 끊임없이 연구하고 개발해야 할 것입니다.
내용 출처 : LG화학 테크센터 <폴리머 인사이트> 2018 봄호 P.2 ‘납축전지 시장과 플라스틱’(사출기술팀)
오늘날 리튬이온 배터리가 정말 최선의 선택일까요? 2021
모든 경우에 납산 배터리 구조는 더 큰 납산 배터리가 장착되어 더 나은 충전 수용력과 더 긴 주기 수명을 제공하는 경우에도 가장 비용 효율적이었습니다. 이 예에서 애플리케이션은 인도의 통신 타워였습니다. 대부분의 응용 프로그램과 지역에서 동일한 원칙이 적용되며 추운 기후에서는 더욱 그렇습니다. 또 다른 오해는 리튬 이온이 납산보다 청정 기술이고 오염이 적다는 것입니다. 다양한 배터리 화학 물질에 대한 크래들 투 게이트 방출이 그림 1 및 2에 나와 있습니다. 5와 6.
이 그림은 배터리 제조 작업의 경계를 보여줍니다. 원자재 추출 및 운송에서 모든 공정 단계를 거쳐 배터리가 배송될 준비가 되는 시점까지.
기술 보고서
VRLA(Valve-Regulated Lead-Acid) 배터리는 무정전 전원공급장치의 3상 전원에 흔히 사용된다. 이 배터리는 무겁고 크기 때문에 데이터 센터에서 이 배터리를 사용하려면 강화된 지지 구조가 필요하다. 또한 VRLA 배터리의 성능 특성은 온도에 따라 달라지며, 이로 인해 공조 계통의 부하가 증가하게 된다. VRLA 배터리는 특별히 내구성이 뛰어나지 않으며 정기적으로 교체를 해야 하므로 운영비 역시 증가하게 된다.
지금까지 VRLA 배터리에 대한 경제적으로 실용적인 대안은 없었기 때문에 설계 기술자들은 이러한 VRLA 배터리의 단점을 감내해야 했다. 하지만 리튬-이온 배터리 덕분에 최근에는 상황이 변하였다. 지금까지는 가격, 에너지, 용량, 안전성, 신뢰성 사이에서 합리적인 균형을 찾을 수 없었기 때문에 데이터 센터의 무정전 전원공급 시스템에서 리튬-이온 배터리를 사용하는 것은 가능하지 않았다. 하지만 전기차 분야에서 이룩한 발전 덕분에 이러한 문제가 해결되었다. 2016년에는 리튬-이온 배터리에 의해 전원을 공급받는 최초의 무정전 전원공급 시스템이 시장을 강타하였다. 현재 업계의 선두주자들은 모두 이러한 시스템을 공급하고 있으며, 오늘날 이 방식은 가장 유망한 것으로 간주되고 있다. 블룸버그의 뉴 에너지 파이낸스(New Energy Finance) 보고서에 따르면 2025년까지 리튬-이온 솔루션은 데이터 센터에서 사용되는 시중의 UPS 중 40%를 차지할 것으로 예상된다.
리튬이온 배터리의 장점
가전제품을 제조하는 기업들은 대개 수 암페어시의 용량을 가지고 있는 리튬-이온 코발트 배터리를 사용한다. 이 무정전 전원공급 시스템에는 직사각형의 리튬 망간 셀이 적용된다. 이것의 설치 용량은 60 암페어시(ampere hours)로서, 이 배터리는 사용 수명이 훨씬 더 길며 뛰어난 장애 보호(failure protection) 기능을 갖추고 있다. 각각의 모듈(때로는 각각의 셀)은 온도, 전압, 전류와 같은 주요 성능 파라미터를 모니터링하는 역할을 한다. 때때로 배전함이나 심지어 전체 시스템이 이러한 모니터링 과정을 맡을 수도 있다. 배터리의 충전 및 방전 과정을 완전하게 제어함으로써 치명적인 발열이나 비가역적인 화학적 변성이 일어나는 것을 방지하기 위해서는 배터리의 모니터링이 필요하다. 리튬-이온 배터리는 기존 배터리보다 더 높은 에너지 밀도(Wh/kg)와 더 높은 출력 밀도(W/kg)를 가지고 있다. 비슷한 에너지 저장 용량에서 이 배터리는 기존의 납축전지보다 약 3 배 더 가볍기 때문에, 이 배터리를 사용하면 시스템의 총 중량을 약 60-80% 감소시키는데 도움이 된다.
최근에 데이터 센터는 공간이 제한되어 있으며 더 효율적인 운용이 요구되는 상황에서 전력 밀도를 증가시키기 위해 노력하였다. 가용 공간의 더 효율적인 사용은 데이터 센터의 소유자들에게 가장 중요한 과제 중 하나이다. 소형의 리튬-이온 배터리는 무정전 전원공급 시스템이 차지하는 공간을 50-80% 정도 감소시켜 준다. 또한 이 배터리는 충전에 더 적은 시간이 필요하고 자기 방전률이 더 낮으며, 이와 같은 특성들은 잦은 정전이 발생하는 경우에 특히 중요하다. 시스템이 유휴상태일 때 리튬-이온 배터리는 한 달에 충전량의 약 1-2% 정도를 방전한다. 이 배터리의 가장 중요한 장점은 긴 사용 수명이다. 납축전지의 수명은 상당히 짧은 편으로서 3 ~ 6 년 정도이다. 하지만 리튬-이온 배터리는 약 10년 정도 사용할 수 있다. 화학, 기술, 온도 등의 조건에 따라 이 배터리는 최대 5,000 배터리 사이클의 충전 효율을 제공할 수 있으며 번거로운 유지보수가 필요 없다. 이에 반해 납축전지의 평균 충전 효율은 약 700 사이클에 불과하다.
10년(데이터 센터의UPS의 평균 수명)의 기간 동안의 총 소유비용(TCO)은 납축전지를 사용할 경우에 비하여 39% 감소된다. 별다른 문제없이 리튬-이온 배터리가 제대로 활용된다면 10 % 이상의 절약이 보장된다. 하지만 리튬-이온 배터리는 단 한가지 중대한 결점을 가지고 있다. 그것은 초기 투자비용이 매우 높다는 것이다. 이러한 높은 초기 투자비용 때문에 이러한 새로운 솔루션의 도입에서는 대규모 데이터 센터들이 개척자가 될 수밖에 없다. 이러한 시설들에게는 총 소유 비용을(TCO)을 감소시키는 것이 단기적인 이익을 얻는 것보다 훨씬 더 중요하며, 이러한 경우에는 적은 비율의 금전적 절약만으로도 큰 도움이 된다. 또한 작은 배터리 크기 덕분에 가용 공간을 더 효율적으로 사용할 수 있으며, 신뢰성 높은 모니터링 시스템은 더 뛰어난 안전성과 안정적 성능을 보장한다. 리튬-이온 배터리는 에너지 저장 용량을 희생하지 않고도 VRLA보다 더 높은 온도에서 작동할 수 있으므로, 냉각 시스템의 부하를 감소시킬 수 있다. 물론 리튬 이온 배터리가 장착된 단상 UPS도 있다. 가장 큰 규모의 데이터 센터부터 시작하여 산업적 용도, 소규모 서버 룸, 그리고 개인 서버 랙까지 다양한 응용 분야를 위한 모델이 제공된다.
교체의 편의성
결국 모든 최종 고객들이 궁금해하는 가장 중요한 의문은 “지금이 무정전 전원공급 시스템을 리튬-이온 배터리로 업그레이드할 적기인가?”이다. 이러한 의문에 답하기 위해서 고려해야 할 첫 번째 사항은 배터리 사용의 기술적인 가능성이다. 새로운 배터리들을 모든 UPS 모델에 사용할 수 있는 것이 아니며 중요한 하드웨어 및 내장 소프트웨어 업그레이드가 필요할 수도 있다. 동일한 공칭 전압에서도 배터리 충전 및 방전 특성은 서로 다를 것이다.
데이터 센터의 일반적인 UPS 시스템의 예상 수명은 대개 10-15 년이다. 납축전지는 3-6년 동안 작동되는 반면에 리튬-이온 배터리는 10년 또는 그 이상의 기간동안 지속된다. UPS 시스템의 사용 초반에는 (즉 가동된 때로부터 5년 미만) 대개 납축전지의 상당 부분을 교체하는 것이 유용할 것이다. 하지만 리튬-이온 배터리의 수명은 UPS 시스템의 수명이 거의 다하는 날까지 지속될 가능성이 높다. 무정전 전원 시스템의 사용 수명이 거의 중간 정도에 다다른 경우에는 배터리 사용 수명이 시스템 수명보다 더 길어질 수도 있으며, 이러한 경우에는 대부분 배터리를 교체하는 것이 합리적이지 않다. 사용 수명의 막바지에 다다르면 전체 UPS 시스템을 새로운 리튬-이온 배터리 솔루션으로 교체하는 것을 고려해 보아야 한다. 하지만 오래된 UPS 시스템조차도 값비싼 배터리를 설치하는 것이 상책일 수도 있다. 따라서 배터리 가격의 꾸준한 하락세를 고려할 뿐만 아니라 오래된 시스템의 유지보수 비용과 시스템의 전체 교체 비용을 비교하여 따져보아야 한다.
예측 및 전망
리튬-이온 배터리를 통해 전력을 공급받는 UPS 시스템에서는 운영비와 총 소유비용이 감소되기는 하지만, 많은 고객들이 여전히 VRLA-time-tested solution을 사용한다. 그 이유는 특히 리튬-이온 배터리의 사용이 장기적인 관점에서만 이익이 되기 때문이라고 설명할 수 있다. 하지만 이것은 자본 비용을 크게 증가시킨다. 어찌됐든 해가 갈수록 혁신에 대한 고객의 관심은 높아지고 있으며 앞으로도 계속 높아질 것이다. 대규모 데이터 센터의 경우에는 리튬-이온 배터리를 통한 절약의 규모가 막대할 수 있으므로, 기업의 리튬-이온 배터리 시스템 사용은 점점 더 증가할 것이다. 그리고 리튬-이온 화학기술 역시 계속 발전하고 있다. 시간이 갈수록 새로운 솔루션과 기술이 출현할 것이며 리튬-이온 배터리의 가격은 더욱 낮아질 것이다.
▼ 데이터 센터에서 사용되는 배터리 구성의 예: VRLA 배터리 vs Li-ion 배터리
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