페로니켈의 메탈-할라이드 전지 양극재 적용 가능성 검토를 위한 기초연구 A basic study on the possibilities of application of ferronickel alloy to cathode materials of sodium metal?halide battery원문보기
최근 변전소, 태양광발전소 등에 설치된 리튬이온전지(lithium ion battery, LIB)의 전해질 연소로 발화, 폭발사례가 사회적 문제로 대두됨에 따라 ESS 화재 사고에 대한 대응 방안과 함께, 현재 LIB를 대체 가능한 차세대 ESS용 배터리 전지 개발이 요구되고 있다. 본 연구에서는 문헌조사를 통한 메탈할라이드 전지의 기원 및 역사, 상용제품의 동향 및 주요 기술에 대해 조사한 후 차세대 ESS용 배터리 전지 개발에 있어서, 주요 요구사항인 ...
최근 변전소, 태양광발전소 등에 설치된 리튬이온전지(lithium ion battery, LIB)의 전해질 연소로 발화, 폭발사례가 사회적 문제로 대두됨에 따라 ESS 화재 사고에 대한 대응 방안과 함께, 현재 LIB를 대체 가능한 차세대 ESS용 배터리 전지 개발이 요구되고 있다. 본 연구에서는 문헌조사를 통한 메탈할라이드 전지의 기원 및 역사, 상용제품의 동향 및 주요 기술에 대해 조사한 후 차세대 ESS용 배터리 전지 개발에 있어서, 주요 요구사항인 저가화를 위해 선택한 양극재 소재인 ferronickel 원료에 대해 조사하였다. Fe계 활물질 제조 및 원료 특성 평가를 통한 기존의 니켈, 양극활물질의 일부를 ferronickel granule로 대체하여, 도입함으로써 양극재로서의 적용 가능성을 확인하였고, Ni 금속과 ferronickel(부산물)의 혼합물의 형태로서, 성능평가를 통해 기존 Fe와 Ni의 혼합 양극재와 비교할 때, 보다 우수한 충·방전 거동을 발현함을 확인할 수 있었다. 또한 ferronickel 표면의 산화층 및 조대입자 특성으로 인하여 내부저항에 의한 전압강하의 현상이 나타났으며, 충전·방전 거동에서 기존 Ni과 비교할 때, 혼합 양극재 공정상의 개선을 위한 셀 테스트 결과의 피드백의 반영에 의한 최적화가 이루어질 경우, 저가 양극재로서 적용될 가능성을 충분히 내재하고 있었음을 확인할 수 있었다. Ferronickel은 스테인리스 생산에 활용되는 class 2급의 저가 원료로서, 리튬배터리의 양극재에 사용되는 class 1급의 니켈과는 다른 원료로서, 향후 니켈의 수요 증가에 따른 가격 상승이 예상되고 있지만, Ferronickel은 POSCO가 뉴칼레도니아의 SMSP와 합작회사인 POSCO SNNC(전남 광양)를 통해 안정적으로 공급되고 있어서, 향후 니켈 수요 급증에 따른 재고 감소 또는 가격 상승의 영향은 매우 미미할 것으로 판단되며, Sodium-metal halide(이하 Na-MCl2) 전지의 양극재에 ferronickel 소재가 적용될 경우, Ni에 비해서 소재 가격이 저렴하여, 양극재 비용을 저감 할 수 있을 것으로 판단된다. 끝으로 메탈할라이드 전지에 대한 미국 안전 인증기관 UL(Underwriters Laboratories)의 ESS 열확산 방지 테스트인 ‘UL 9540A’ 기준 충족을 통한 안정성 입증 및 실제 메탈할라이드 상용전지 적용사례를 확인하며 향후 ESS market의 진입 가능성을 확인하였다.
최근 변전소, 태양광발전소 등에 설치된 리튬이온전지(lithium ion battery, LIB)의 전해질 연소로 발화, 폭발사례가 사회적 문제로 대두됨에 따라 ESS 화재 사고에 대한 대응 방안과 함께, 현재 LIB를 대체 가능한 차세대 ESS용 배터리 전지 개발이 요구되고 있다. 본 연구에서는 문헌조사를 통한 메탈할라이드 전지의 기원 및 역사, 상용제품의 동향 및 주요 기술에 대해 조사한 후 차세대 ESS용 배터리 전지 개발에 있어서, 주요 요구사항인 저가화를 위해 선택한 양극재 소재인 ferronickel 원료에 대해 조사하였다. Fe계 활물질 제조 및 원료 특성 평가를 통한 기존의 니켈, 양극활물질의 일부를 ferronickel granule로 대체하여, 도입함으로써 양극재로서의 적용 가능성을 확인하였고, Ni 금속과 ferronickel(부산물)의 혼합물의 형태로서, 성능평가를 통해 기존 Fe와 Ni의 혼합 양극재와 비교할 때, 보다 우수한 충·방전 거동을 발현함을 확인할 수 있었다. 또한 ferronickel 표면의 산화층 및 조대입자 특성으로 인하여 내부저항에 의한 전압강하의 현상이 나타났으며, 충전·방전 거동에서 기존 Ni과 비교할 때, 혼합 양극재 공정상의 개선을 위한 셀 테스트 결과의 피드백의 반영에 의한 최적화가 이루어질 경우, 저가 양극재로서 적용될 가능성을 충분히 내재하고 있었음을 확인할 수 있었다. Ferronickel은 스테인리스 생산에 활용되는 class 2급의 저가 원료로서, 리튬배터리의 양극재에 사용되는 class 1급의 니켈과는 다른 원료로서, 향후 니켈의 수요 증가에 따른 가격 상승이 예상되고 있지만, Ferronickel은 POSCO가 뉴칼레도니아의 SMSP와 합작회사인 POSCO SNNC(전남 광양)를 통해 안정적으로 공급되고 있어서, 향후 니켈 수요 급증에 따른 재고 감소 또는 가격 상승의 영향은 매우 미미할 것으로 판단되며, Sodium-metal halide(이하 Na-MCl2) 전지의 양극재에 ferronickel 소재가 적용될 경우, Ni에 비해서 소재 가격이 저렴하여, 양극재 비용을 저감 할 수 있을 것으로 판단된다. 끝으로 메탈할라이드 전지에 대한 미국 안전 인증기관 UL(Underwriters Laboratories)의 ESS 열확산 방지 테스트인 ‘UL 9540A’ 기준 충족을 통한 안정성 입증 및 실제 메탈할라이드 상용전지 적용사례를 확인하며 향후 ESS market의 진입 가능성을 확인하였다.
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