신에너지 자동차의 지속적인 발전과 함께 전력 배터리에 대한 관심도 점점 높아지고 있습니다. 배터리, 모터, 전기 제어 시스템은 신에너지 자동차의 세 가지 핵심 구성 요소이며, 그중에서도 전력 배터리는 가장 중요한 부분으로 신에너지 자동차의 "심장"이라고 할 수 있습니다. 그렇다면 신에너지 자동차용 전력 배터리는 어떤 범주로 나뉘는 것일까요?
1. 납축전지
납축전지(VRLA)는 전극의 주성분이 납과 그 산화물이며, 전해액은 황산 용액인 배터리입니다. 양극의 주성분은 이산화납이고, 음극의 주성분은 납입니다. 방전 상태에서는 양극과 음극 모두 주성분이 황산납입니다. 단일 셀 납축전지의 공칭 전압은 2.0V이며, 방전 시 1.5V, 충전 시 2.4V까지 가능합니다. 실제 사용에서는 6개의 단일 셀 납축전지를 직렬로 연결하여 12V, 24V, 36V, 48V 등의 공칭 전압을 갖는 납축전지를 구성하는 경우가 많습니다.
니켈-카드뮴 배터리(종종 NiCd로 약칭되며, "나이카드"로 발음됨)는 널리 사용되는 축전지 유형입니다. 이 배터리는 수산화니켈(NiOH)과 금속카드뮴(Cd)을 화학 물질로 사용하여 전기를 생성합니다. 납축전지보다 성능이 우수하지만, 중금속을 함유하고 있어 폐기 후 환경 오염을 유발합니다.
니켈-카드뮴 배터리는 500회 이상 충방전이 가능하며 경제적이고 내구성이 뛰어납니다. 내부 저항이 작아 충전 속도가 빠를 뿐만 아니라 부하에 대전류를 공급할 수 있고 방전 시 전압 변동이 매우 적어 직류 전원 공급에 이상적인 배터리입니다. 다른 종류의 배터리와 비교했을 때 과충전이나 과방전에도 잘 견딥니다.
니켈-금속 수소화물 배터리는 수소 이온과 니켈 금속으로 구성되어 있으며, 니켈-카드뮴 배터리보다 전력 저장량이 30% 더 많고, 무게가 가벼우며, 수명이 길고, 환경 오염을 유발하지 않지만, 가격은 니켈-카드뮴 배터리보다 훨씬 비쌉니다.
리튬 배터리는 음극 재료로 리튬 금속 또는 리튬 합금을 사용하고, 비수용성 전해액을 사용하는 배터리 종류입니다. 리튬 배터리는 크게 리튬 금속 배터리와 리튬 이온 배터리로 나눌 수 있습니다. 리튬 이온 배터리는 금속 상태의 리튬을 포함하지 않으며 충전이 가능합니다.
리튬 금속 배터리는 일반적으로 양극재로 이산화망간을, 음극재로 리튬 금속 또는 그 합금 금속을 사용하고, 비수용성 전해액을 사용하는 배터리입니다. 리튬 배터리의 주요 구성 요소는 양극재, 음극재, 격막, 전해액입니다.
음극 소재로는 리튬 코발트산염, 리튬 망간산염, 리튬 철 인산염 및 삼원계 소재(니켈-코발트-망간 중합체) 등이 가장 일반적으로 사용됩니다. 양극 소재는 리튬 이온 배터리의 성능에 직접적인 영향을 미치고, 배터리 가격을 결정하는 주요 요소이기 때문에 전체 구성에서 큰 비중을 차지합니다(양극과 음극 소재의 질량비는 3:1~4:1).
음극 소재 중 현재 주로 사용되는 것은 천연 흑연과 인공 흑연입니다. 음극 소재로는 질화물, 폴리황산염(PAS), 주석계 산화물, 주석 합금, 나노 음극 소재 및 기타 금속간 화합물 등이 연구되고 있습니다. 리튬 배터리의 4대 핵심 구성 요소 중 하나인 음극 소재는 배터리 용량 및 사이클 성능 향상에 중요한 역할을 하며, 리튬 배터리 산업의 핵심 분야입니다.
연료전지는 비연소 과정의 전기화학적 에너지 변환 장치입니다. 수소(또는 기타 연료)와 산소의 화학 에너지가 지속적으로 전기로 변환됩니다. 작동 원리는 양극 촉매의 작용으로 H2가 산화되어 H+와 e-로 변환되고, H+는 양성자 교환막을 통해 양극으로 이동하여 음극에서 O2와 반응하여 물을 생성하고, e-는 외부 회로를 통해 음극으로 이동하여 연속적인 반응을 통해 전류를 생성하는 것입니다. 연료전지라는 용어에 "배터리"라는 단어가 포함되어 있지만, 전통적인 의미의 에너지 저장 장치가 아니라 발전 장치라는 점이 연료전지와 기존 배터리의 가장 큰 차이점입니다.
열충격 시험실: 이 시험실은 배터리가 작동 중에 겪을 수 있는 급격한 온도 변화를 모사합니다. 배터리를 고온에서 저온으로 빠르게 전환하는 것과 같은 극단적인 온도 변화에 노출시킴으로써 온도 변동 조건에서의 배터리 성능과 신뢰성을 평가할 수 있습니다.
크세논 램프 노화 시험 챔버: 이 장비는 크세논 램프에서 나오는 강렬한 빛에 배터리를 노출시켜 햇빛과 유사한 환경을 재현합니다. 이러한 시뮬레이션을 통해 장시간 빛에 노출되었을 때 배터리의 성능 저하 및 내구성을 평가할 수 있습니다.
자외선 노화 시험 챔버: 이 챔버는 자외선 환경을 모방합니다. 배터리를 자외선에 노출시킴으로써 장기간 자외선 노출 조건에서의 성능과 내구성을 시뮬레이션할 수 있습니다.
이러한 시험 장비를 조합하여 사용하면 배터리의 피로도 및 수명 시험을 종합적으로 수행할 수 있습니다. 하지만 이러한 시험을 수행하기 전에 관련 안전 지침을 준수하고 시험 장비의 작동 설명서를 엄격히 따라야 정확하고 안전한 시험 절차를 보장할 수 있다는 점에 유의해야 합니다.
게시 시간: 2023년 9월 12일
