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ESS용 NCM계 LIB의 설계인자별 성능분석 및 열화특성 연구
Performance Analysis and Degradation Characteristics of NCM LIB for ESS 원문보기

전력전자학회 2018년도 전력전자학술대회, 2018 July 03, 2018년, pp.219 - 221  

권순종 (한전 전력연구원) ,  박은영 (한전 전력연구원) ,  임지훈 (한전 전력연구원) ,  최진혁 (한전 전력연구원) ,  김종훈 (충남대학교)

초록
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ESS용 NCM계 $LIB(Li[Ni_xCo_yMn_z]O_2)$의 양극 전이금속 설계인자 조성비(x:y:z)를 5:2:3, 6:2:2로 달리하여 제작한 전지를 사용하여 C-rate별 방전시험을 통한 기본성능평가를 진행하였고, 가속열화 시험을 통한 수명특성을 분석하였다. EIS(Electrochemical Impedance Spectroscopy) 실험을 통하여 전지의 임피던스를 확인하였고, 열화되지 않은(Fresh) 전지와 열화된(Aging) 전지의 SOC(State-of-Charge)별 임피던스 특성을 비교 분석하였다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 시스템을 효율적으로 관리하기 위해서 시스템에 적용되는 다양한 종류의 배터리의 특성을 파악하고 이에 따라 설계할 필요성이 있다. 그러한 이유로 이번 논문에서는 양극 전이 금속 조성비를 달리한 NCM계 LIB NCM523, NCM622의 성능특성과 열화특성을 비교해 보았다. 기본 C rate별 방전 시험을 통하여 Ni의 함량이 높은 NCM622전지가 NCM523보다 높은 용량 및 효율을 보임을 확인할 수 있었고, 가속 열화시험을 통하여 Mn 함량이 높은 NCM523전지가 NCM622전지보다 매우 우수한 수명특성을 보임을 알 수 있었다.
  • [1] 반면, 수명특성, 열적 안정성에 대한 부분은 개선 및 최적화가 필요하다. 이번 절에서는 전기화학적 성능을 향상시키기 위해 개발되어온 Ni rich LIB의 소재별 특성에 대하여 알아보고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
층상구조의 Nikel rich 산화물에서 개선 및 최적화가 필요한 부분은? 리튬이온전지에서 층상(Layerd)구조의 LiCoO2, 스피넬(Spinel)구조의 LiMn2O4, 올리빈(Olivine)구조의 LiFePO4 등 다른 양극 소재들과 비교해 보았을 때에 층상구조의 Nikel rich 산화물은 높은 가역 용량, 고 에너지 밀도, 우수한 C rate 성능 등으로 인해 가장 유망한 양극재 중 하나이다.[1] 반면, 수명특성, 열적 안정성에 대한 부분은 개선 및 최적화가 필요하다. 이번 절에서는 전기화학적 성능을 향상시키기 위해 개발되어온 Ni rich LIB의 소재별 특성에 대하여 알아보고자 한다.
ESS란 어떤 시스템인가? ESS(Energy Storage System)는 에너지 저장이 가능한 시스템으로 전력계통에서 생산된 여분의 전력을 저장장치에 저장한 후 필요한 시기에 전력을 공급하여 전력사용 효율을 향상시키는 시스템이다. 여러 종류의 ESS중 다양한 장소에 적용할 수 있는 지리적 이점, 입출력 지령시 빠른 속도로 응답하는 특성을 가지고 있는 BESS(Battery Energy Storage System)는 대규모 전력망에서 계통의 주파수를 적정수준으로 유지시키기 위한 주파수조정용, 간헐적인 발전특성으로 인해 출력변동성이 큰 신재생 에너지원와 연계하여 전력망의 안정성과 신뢰도를 향상시키는 신재생연계용, 전력요금이 저렴한 시간대에 전력을 저장하고 요금이 비싼 시간대에 전력을 공급함으로 전기요금을 절감할 수 있는 피크저감용 등 여러 가지 용도로 사용될 수 있다.
BESS는 어떤 특성을 가지고 있는가? ESS(Energy Storage System)는 에너지 저장이 가능한 시스템으로 전력계통에서 생산된 여분의 전력을 저장장치에 저장한 후 필요한 시기에 전력을 공급하여 전력사용 효율을 향상시키는 시스템이다. 여러 종류의 ESS중 다양한 장소에 적용할 수 있는 지리적 이점, 입출력 지령시 빠른 속도로 응답하는 특성을 가지고 있는 BESS(Battery Energy Storage System)는 대규모 전력망에서 계통의 주파수를 적정수준으로 유지시키기 위한 주파수조정용, 간헐적인 발전특성으로 인해 출력변동성이 큰 신재생 에너지원와 연계하여 전력망의 안정성과 신뢰도를 향상시키는 신재생연계용, 전력요금이 저렴한 시간대에 전력을 저장하고 요금이 비싼 시간대에 전력을 공급함으로 전기요금을 절감할 수 있는 피크저감용 등 여러 가지 용도로 사용될 수 있다. 신재생에너지원 확대로 인해 향후 더욱 급속도로 확산될 것으로 예상되는 BESS에서 배터리는 큰 비중의 비용을 차지하고 있다.
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