전기자동차를 더 빠르게 충전하려면 무엇이 필요할까요?

더 많은 EV를 도로에서 운행하기 위해 이 과학자들은 주유소에서 연료를 채우는 데 걸리는 시간과 동시에 자동차를 충전하기 위해 노력하고 있습니다.

레베카 헤일웨일

전기 자동차는 기존 내연기관 자동차보다 더 조용하고, 수리 및 유지 관리가 더 쉬우며, 환경에도 훨씬 더 좋습니다. 그럼에도 불구하고 도로 위의 EV 수는 부분적으로 충전 시간으로 인해 교체해야 할 차량보다 뒤처지고 있습니다.

주유소에 연료를 공급하는 데는 몇 분 밖에 걸리지 않지만 EV를 충전하는 데는 훨씬 더 오랜 시간이 걸립니다. 현재 소비자가 이용할 수 있는 가장 빠른 충전기(레벨 3 충전기라고도 함)는 20분 만에 차량 배터리를 80%까지 충전할 수 있습니다. 그러나 가장 쉽게 구할 수 있고 저렴한 충전기는 훨씬 느립니다. 레벨 2 충전기는 차량을 충전하는 데 몇 시간이 걸리고, 일반 가정용 콘센트에 연결되는 레벨 1 충전기는 2일 이상 걸릴 수 있습니다.

이러한 느린 충전 속도는 이동 중에 배터리가 방전될 수 있다는 우려인 '거리 불안'을 더욱 악화시킬 뿐입니다. Forbes Wheels가 의뢰한 2022 OnePoll 설문 조사에 참여한 500명의 EV 소유자 중 50% 이상이 자주 또는 항상 이러한 우려를 갖고 있다고 말했습니다. 피트 부티지지(Pete Buttigieg) 교통부 장관은 운전자가 주행 거리에 대해 너무 걱정해야 한다는 생각을 철회했지만 이는 예비 EV 구매자에게 여전히 큰 장애물로 남아 있습니다. 그리고 EV에 대한 수요가 자동차 제조업체의 생산 능력을 능가한다는 사실은 전기화로 가는 길을 늦출 위험이 있습니다.

대학, 주요 전기 자동차 제조업체, 에너지부 등의 과학자들은 충전 과학을 한계까지 끌어올리면 EV의 전력 공급이 더 빨라질 수 있다고 생각합니다. 그들은 EV 배터리의 내부 화학과 충전 케이블 설계를 조정하면 채택에 대한 이러한 주요 장벽을 제거하는 데 도움이 될 수 있다고 주장합니다. 문제는 안전성이나 배터리의 장기 수명을 손상시키지 않으면서 충전 속도를 높이는 것입니다. 목표는 내연기관 차량에 연료를 공급하는 데 걸리는 시간에 최대한 가까워지는 것입니다.

Penn State University의 배터리 및 에너지 저장 기술 센터를 공동 지휘하는 Christopher Rahn은 "아직 실험실에 전기화학 측면에 대한 많은 혁신이 있습니다."라고 말했습니다. "더 비쌀 수도 있고 다른 제조 공정이 필요할 수도 있습니다. 반드시 대규모로 출시할 준비가 되어 있지는 않지만 확실히 많은 연구자들이 흥미로운 결과를 얻었습니다."

충전의 근본적인 과제는 배터리의 전기화학에 있습니다. 배터리는 양극과 음극이라는 두 개의 전극으로 설계되었습니다. 이 두 구성 요소 사이에는 리튬 이온이 흐릅니다. 배터리가 방전되어 자동차에 전력을 공급할 때 리튬 이온은 양극에서 음극으로 이동하여 자유 전자와 전하를 생성합니다. 차량이 충전되면 반대 현상이 일어나 리튬 이온이 양극 쪽으로 다시 밀려납니다.

문제는 배터리 내부의 리튬이온이 치명적인 과속방지턱에 직면해 있다는 점이다. 너무 빨리 이동하면 멈춰서 양극에 들어갈 수 없게 됩니다. 리튬 이온이 걸리면 충전을 제공하는 리튬 이온이 적어 배터리 효율성이 떨어집니다. 더 나쁜 것은 리튬 이온이 너무 많이 축적되면 배터리가 단락되어 잠재적으로 배터리 화재가 발생할 수 있다는 것입니다.

"리튬을 옮기는 것은 100명을 좁은 방에 넣는 것과 약간 비슷하다는 것이 밝혀졌습니다"라고 에너지 저장 과학을 위한 아르곤 공동 센터의 소장이자 일리노이에 있는 에너지 저장 연구를 위한 공동 센터의 부소장인 Venkat Srinivasan은 말했습니다. "저기 작은 문이 있어요. 100명 정도가 출입구로 모여들기 시작하면 모두 저 출입구에 갇히게 될 거예요."

이제 일부 사람들은 새로운 배터리 화학 물질을 사용하면 리튬 이온이 배터리 셀 내에서 더 쉽게 이동할 수 있다고 생각합니다. Argonne의 연구원들은 리튬 이온이 배터리 내에서 이동하는 데 여러 경로를 사용하여 본질적으로 혼잡을 줄이는 것이 가능한지 여부를 연구하고 있습니다.