뉴스 - CSPower의 납탄소 배터리 기술 및 장점

CSPower 납탄소 배터리 - 기술 및 장점

사회 발전과 함께 다양한 사회생활에서 배터리 에너지 저장에 대한 요구가 꾸준히 증가하고 있습니다. 지난 수십 년간 많은 배터리 기술이 비약적으로 발전해 왔으며, 납축전지 개발 또한 여러 기회와 도전에 직면해 왔습니다. 이러한 배경 속에서 과학자와 엔지니어들은 납축전지의 음극 활물질에 탄소를 첨가하는 연구를 진행했고, 그 결과 납축전지의 업그레이드 버전인 납탄소전지가 탄생했습니다.

납탄소 배터리는 탄소로 이루어진 음극과 납으로 이루어진 양극을 사용하는 밸브 조절식 납산 배터리의 발전된 형태입니다. 탄소로 만들어진 음극의 탄소는 커패시터 또는 '슈퍼커패시터' 역할을 하여 배터리 초기 충전 단계에서 빠른 충전 및 방전과 긴 수명을 가능하게 합니다.

시장에서 납탄소 배터리를 필요로 하는 이유는 무엇일까요????

* 집중적인 충방전 시 평판형 VRLA 납축전지의 고장 유형

가장 흔한 고장 유형은 다음과 같습니다.

- 활성 물질의 연화 또는 탈락. 방전 시 양극판의 산화납(PbO2)은 황산납(PbSO4)으로 변환되고, 충전 시 다시 산화납으로 변환됩니다. 잦은 충방전 과정에서 산화납보다 황산납의 부피가 더 커지기 때문에 양극판 소재의 응집력이 저하됩니다.

- 양극판 격자의 부식. 이 부식 반응은 충전 과정 말기에 필수적인 황산의 존재로 인해 가속화됩니다.

- 음극판 활성 물질의 황산화. 방전 과정에서 음극판의 납(Pb)은 황산납(PbSO4)으로 변환됩니다. 배터리 충전량이 낮은 상태로 방치하면 음극판의 황산납 결정이 성장하고 경화되어 활성 물질로 재변환될 수 없는 불침투성 층을 형성합니다. 그 결과 용량이 감소하고, 결국 배터리가 쓸모없게 됩니다.

납축전지는 충전하는 데 시간이 걸립니다.

이상적으로 납축전지는 0.2C를 넘지 않는 속도로 충전해야 하며, 최대 충전 단계는 8시간의 흡수 충전으로 진행해야 합니다. 충전 전류와 충전 전압을 높이면 충전 시간은 단축되지만, 온도 상승과 높은 충전 전압으로 인한 양극판 부식 가속화로 수명이 단축될 수 있습니다.

* 납탄소: 우수한 부분 충전 상태 성능, 더 많은 사이클, 긴 수명 및 더 높은 효율의 심방전 성능

음극판의 활성 물질을 납-탄소 복합체로 교체하면 황산화 현상을 줄이고 음극판의 전하 수용 능력을 향상시킬 수 있습니다.

납탄소 배터리 기술

현재 사용되는 대부분의 배터리는 한 시간 이내에 고속 충전이 가능합니다. 또한, 배터리가 완전히 충전된 상태에서도 출력을 유지할 수 있어 충전이 중단된 상태에서도 작동이 가능하므로 사용 수명이 늘어납니다. 그러나 기존 납축전지의 문제점은 방전에는 매우 짧은 시간이 소요되는 반면, 재충전에는 매우 오랜 시간이 걸린다는 것이었습니다.

납축전지가 원래 충전량을 회복하는 데 오랜 시간이 걸리는 이유는 배터리 전극과 기타 내부 부품에 침전된 황산납 잔류물 때문입니다. 이로 인해 전극 및 기타 배터리 부품에서 황산납을 주기적으로 제거하는 과정이 필요했습니다. 황산납 침전은 매 충방전 주기마다 발생하며, 침전으로 인한 과잉 전자는 수소를 생성하여 수분 손실을 초래합니다. 이 문제는 시간이 지남에 따라 심화되고, 황산납 잔류물은 결정체를 형성하여 전극의 충전 수용 능력을 저하시킵니다.

동일한 배터리의 양극에서는 동일한 황산납 침전물이 존재함에도 불구하고 양호한 결과가 나타나는 것으로 보아 문제는 음극에 있는 것으로 추정됩니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 과학자들과 제조업체들은 배터리의 음극(캐소드)에 탄소를 첨가하는 방법을 개발했습니다. 탄소를 첨가하면 배터리의 충전 수용 능력이 향상되어 황산납 잔류물로 인한 부분 충전 및 배터리 노화를 방지할 수 있습니다. 탄소를 첨가함으로써 배터리는 마치 '슈퍼커패시터'처럼 작동하여 더 나은 성능을 발휘하게 됩니다.

납탄소 배터리는 잦은 시동/정지가 필요한 차량이나 마이크로/마일드 하이브리드 시스템처럼 납축전지가 필요한 용도에 완벽한 대체재입니다. 납탄소 배터리는 다른 종류의 배터리에 비해 무게가 더 나갈 수 있지만, 비용 효율이 높고 극한 온도에도 강하며 별도의 냉각 장치가 필요하지 않습니다. 기존 납축전지와 달리, 납탄소 배터리는 30~70% 충전 용량 범위에서 안정적으로 작동하며 황산염 침전 현상이 발생하지 않습니다. 납탄소 배터리는 대부분의 기능에서 납축전지보다 우수한 성능을 보이지만, 슈퍼커패시터처럼 방전 시 전압 강하가 발생합니다.

건설CSPower고속 충전 딥사이클 납탄소 배터리

고속 충전 딥 사이클 납탄소 배터리의 특징

납축전지와 슈퍼 커패시터의 특성을 결합
l 긴 수명 주기 서비스 설계, 탁월한 PSoC 및 반복 성능
고출력, 고속 충전 및 방전
독특한 격자 및 납붙이 디자인
l 극한 온도 내성
-30°C ~ 60°C에서 작동 가능
심방전 복구 능력

고속 충전 딥 사이클 납탄소 배터리의 장점

모든 배터리는 용도에 따라 고유한 성능을 가지고 있으며, 일반적으로 좋거나 나쁘다고 단정 지을 수 없습니다.

납탄소 배터리는 최신 배터리 기술은 아니지만, 최근 기술조차 제공할 수 없는 몇 가지 뛰어난 장점을 가지고 있습니다. 납탄소 배터리의 장점은 다음과 같습니다.

부분 충전 상태 운전 시 황산화 현상이 덜 발생합니다.
충전 전압이 낮아져 효율이 높아지고 양극판의 부식이 줄어듭니다.
결과적으로 사이클 수명이 향상됩니다.

테스트 결과, 당사의 납탄소 배터리는 최소 800회의 100% 방전율(DoD) 사이클을 견딜 수 있는 것으로 나타났습니다.

테스트는 매일 I = 0.2C₂₀의 전류로 10.8V까지 방전하고, 방전 상태에서 약 2시간 동안 휴식을 취한 후, I = 0.2C₂₀의 전류로 재충전하는 방식으로 진행됩니다.

l ≥ 1200 사이클 @ 90% DoD (I = 0.2C₂₀로 10.8V까지 방전, 방전 상태에서 약 2시간 휴식 후 I = 0.2C₂₀로 재충전)
l ≥ 2500 사이클 @ 60% DoD (I = 0.2C₂₀로 3시간 동안 방전 후 즉시 I = 0.2C₂₀로 재충전)
l ≥ 3700 사이클 @ 40% DoD (I = 0.2C₂₀로 2시간 동안 방전 후 즉시 I = 0.2C₂₀로 재충전)
납-탄소 배터리는 충방전 특성으로 인해 열 손상 효과가 최소화됩니다. 개별 셀은 화재, 폭발 또는 과열 위험에서 멀리 떨어져 있습니다.
납탄소 배터리는 계통연계형 및 독립형 시스템 모두에 완벽하게 적합합니다. 특히 높은 방전 전류 용량을 제공하기 때문에 태양광 발전 시스템에 매우 적합한 선택입니다.

납탄소 배터리VS밀폐형 납산 배터리, 젤 배터리

납탄소 배터리는 부분 충전 상태(PSOC)에서 더 나은 성능을 발휘합니다. 일반 납 배터리는 '완전 충전'-'완전 방전'-'완전 충전'의 엄격한 충전 방식을 따를 때 최상의 성능을 유지하고 수명이 더 깁니다. 완전 충전과 방전 사이의 중간 상태에서 충전하면 제대로 작동하지 않습니다. 반면 납탄소 배터리는 이러한 모호한 충전 영역에서도 더 안정적으로 작동합니다.
납탄소 배터리는 슈퍼커패시터 음극을 사용합니다. 탄소 배터리는 일반적인 납형 배터리의 양극과 슈퍼커패시터 음극으로 구성됩니다. 이 슈퍼커패시터 음극은 탄소 배터리의 수명 연장에 핵심적인 역할을 합니다. 일반 납형 전극은 충전 및 방전 과정에서 시간이 지남에 따라 화학 반응을 일으킵니다. 슈퍼커패시터 음극은 양극의 부식을 줄여 전극 자체의 수명을 연장하고, 결과적으로 배터리의 수명을 늘려줍니다.
납탄소 배터리는 충전/방전 속도가 더 빠릅니다. 일반 납 배터리는 정격 용량의 최대 5~20%까지만 충전/방전이 가능하므로, 5~20시간 동안 충전 또는 방전해도 배터리에 장기적인 손상을 주지 않습니다. 반면, 납탄소 배터리는 이론적으로 충전/방전 속도에 제한이 없습니다.
납탄소 배터리는 유지 보수가 필요 없습니다. 이 배터리는 완전히 밀폐되어 있어 능동적인 유지 보수가 필요하지 않습니다.
납탄소 배터리는 젤 배터리와 가격 경쟁력이 있습니다. 젤 배터리가 초기 구매 비용은 약간 더 저렴하지만, 탄소 배터리의 가격 차이는 크지 않습니다. 현재 젤 배터리와 탄소 배터리의 가격 차이는 약 10~11%입니다. 탄소 배터리의 수명이 약 30% 더 길다는 점을 고려하면, 탄소 배터리가 가격 대비 더 나은 선택이라는 것을 알 수 있습니다.