하이브리드 스토리지 시스템 및 스토리지 솔루션: 배터리 노화 - 오래 지속되는 에너지 시스템과 신뢰할 수 있는 예측을 위한 길

📡 에너지 저장 기술의 지속적인 개선 추구는 하이브리드 저장 시스템을 포함한 놀라운 혁신으로 이어졌습니다. 이러한 선구적인 시스템은 다양한 스토리지 기술을 결합하여 각 기술의 단점을 보완하고 장점을 최적으로 활용합니다. 대표적인 사례가 리튬이온 배터리와 슈퍼커패시터의 결합이다. Fraunhofer 에너지 경제 및 에너지 시스템 기술 연구소(IEE)는 Skeleton Technologies 및 AVL과 협력하여 하이브리드 저장 시스템 적용에 혁명을 일으킬 수 있는 "SukoBa" 연구 프로젝트의 일환으로 배터리 노화 예측 기술을 크게 발전시켰습니다.

🔋 리튬이온 배터리와 슈퍼커패시터의 시너지

리튬이온 배터리와 슈퍼커패시터를 모두 통합한 하이브리드 스토리지 시스템은 두 기술의 장점을 활용하는 동시에 약점을 완화합니다. 슈퍼커패시터는 매우 짧은 시간에 많은 양의 에너지를 흡수하고 방출할 수 있습니다. 그러나 이러한 급속한 충전 및 방전 프로세스는 전류 강도가 전기화학적 프로세스에 의해 제한되지 않고 물리적 저장 용량에 의해 제한되기 때문에 심각한 노화로 이어지지 않습니다. 반면, 슈퍼커패시터는 에너지 밀도가 낮아 한 번에 많은 에너지를 저장할 수 없습니다.

반면, 리튬 이온 배터리는 높은 에너지 밀도를 제공하므로 많은 양의 에너지를 저장할 수 있지만 높은 전류 피크에 민감하여 마모가 증가하고 수명이 단축될 수 있습니다. 따라서 이러한 배터리는 전기 자동차나 건설 기계와 같이 빈번하고 집중적인 부하 변화가 발생하는 응용 분야에는 적합하지 않습니다. 슈퍼커패시터가 등장하는 곳입니다. 배터리에 부담을 주지 않고 최대 부하를 흡수할 수 있어 배터리를 더욱 균일하고 부드럽게 사용할 수 있습니다.

🔎 연구 프로젝트 SukoBa 및 BaSiS

"SukoBa" 프로젝트에서는 하이브리드 스토리지 시스템의 상호 작용을 최적화하는 것을 목표로 하는 BaSiS(Battery Simulation Studio)라는 시뮬레이션 환경이 개발되었습니다. 이 기술의 핵심은 슈퍼커패시터와 함께 작동할 때 배터리의 노화에 대한 정확한 예측을 제공하는 성능 저하 모델입니다. BaSiS 소프트웨어 덕분에 연구원과 엔지니어는 이제 다양한 구성과 작동 시나리오를 실행하고 배터리 노화에 미치는 영향을 분석할 수 있습니다.

BaSiS는 배터리 작동 조건과 제어 알고리즘을 조정하여 최소 비용으로 최대 서비스 수명을 달성하도록 도와줍니다. 이러한 유연성은 배터리 및 슈퍼커패시터 연구의 새로운 동향과 기술을 신속하게 통합하고 테스트할 수 있게 해주기 때문에 특히 중요합니다.

💡 실제로 하이브리드 스토리지 시스템의 장점

하이브리드 스토리지 시스템은 기본적인 기술적 측면을 훨씬 뛰어넘는 다양한 이점을 제공합니다. 이를 통해 전기 자동차, 건설 기계 및 고정식 에너지 ​​저장 장치에서 에너지를 보다 효율적으로 사용할 수 있습니다. 가장 큰 장점은 배터리 수명이 길어진다는 점입니다. 최대 부하를 완화함으로써 배터리의 열 스트레스가 줄어들어 마모가 줄어들고 작동 수명이 길어집니다. 교체용 배터리를 구입하고 설치하는 빈도가 줄어들기 때문에 결과적으로 전체 비용이 절감됩니다.

또 다른 장점은 성능이 향상된다는 것입니다. 슈퍼커패시터는 부하 변화를 더 빠르게 흡수하여 전체 시스템의 응답성을 향상시킬 수 있습니다. 이는 전기 모터를 시동하거나 제동 에너지를 회수(회복)할 때와 같이 높고 빠른 전류 수준이 필요한 상황에서 특히 중요합니다.

🌍 경제적, 생태학적 중요성

배터리 노후화와 하이브리드 스토리지 시스템의 효율성을 개선하는 기술 역시 경제적, 환경적으로 상당한 영향을 미칩니다. 배터리 수명을 연장하면 비용이 절감되어 이러한 기술의 수용 및 적용 범위가 넓어집니다. 또한, 배터리는 재생에너지로의 에너지 전환에서 중심적인 역할을 합니다. 보다 효율적이고 오래 지속되는 에너지 저장 시스템은 풍력 및 태양 에너지를 전력망에 통합하는 데 중요한 에너지 공급 변동을 완화하는 데 도움이 됩니다.

환경적 관점에서 볼 때, 배터리 수명이 길어지면 폐기물 발생이 줄어들고 배터리 생산 및 폐기로 인한 환경 영향도 줄어듭니다. 리튬이온 배터리 생산에 필요한 리튬, 코발트 등 자원 채굴은 환경에 심각한 영향을 미친다. 따라서 배터리 수명이 길어지면 자원 소비가 줄어들고 지속 가능성이 향상될 수도 있습니다.

🚀 향후 개발 및 과제

그러나 하이브리드 스토리지 시스템의 지속적인 개발과 최적화에도 문제가 있습니다. 그 중 하나는 시스템 통합 및 제어의 복잡성입니다. 이러한 하이브리드 시스템에서 제어 알고리즘과 에너지 흐름을 효율적으로 만들려면 광범위한 연구 개발이 필요합니다. 또한 이러한 기술을 더욱 경제적으로 매력적으로 만들기 위해서는 슈퍼커패시터를 생산하고 통합하는 비용을 더욱 줄여야 합니다.

또 다른 연구 분야는 배터리와 슈퍼커패시터의 성능을 더욱 높이기 위해 재료 과학을 개선하는 것입니다. 여기에는 더 높은 에너지 밀도와 더 나은 충전 및 방전 특성을 제공하는 새로운 전해질 및 전극 재료의 개발이 포함됩니다.

🔚 에너지 저장 기술의 발전

리튬이온 배터리와 슈퍼커패시터를 결합한 하이브리드 저장 시스템은 에너지 저장 기술의 획기적인 발전을 의미합니다. 각각의 장점을 능숙하게 활용하고 두 기술의 단점을 최소화함으로써 메모리 수명이 길어지고 시스템의 전반적인 효율성이 향상됩니다. "SukoBa" 프로젝트와 BaSiS 소프트웨어 개발을 통해 Fraunhofer IEE는 기술적, 경제적, 생태학적 이점을 제공하는 데 중요한 기여를 했습니다. 하이브리드 저장 시스템의 미래는 유망하며 지속 가능한 에너지 공급 및 사용에 중요한 역할을 할 것입니다.

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