과학적, 기술적 발전이 어떻게 실리콘을 가져올 수 있는가?

Jun 20, 2023

Sila Nanotechnologies는 NCS(나노복합실리콘) 양극이라는 획기적인 기술을 개발한 배터리 소재 개발업체입니다.

이 회사의 소재는 소비자 가전 장치의 배터리 성능 향상을 주도하고 메르세데스-벤츠 G-클래스 시리즈를 시작으로 전기 자동차(EV)에 전력을 공급하기 위한 것입니다.

Fastmarkets와의 인터뷰에서 Yushin은 회사의 NCS를 실리콘 중심 양극에 대한 실행 가능성으로 가져온 개발과 이 소재가 EV 및 배터리 제조업체에 무엇을 제공하는지 자세히 조사했습니다.

유신은 이 기술이 또 다른 핵심 배터리 원료(BRM)인 흑연 생산 시 공급 부족과 지리적 격차를 완화하는 데 도움이 될 수 있다고 믿고 있다.

전 세계 대부분의 흑연과 달리 Sila의 NCS는 미국에서 제조됩니다. 즉, 더 많은 원자재, 특히 에너지 전환에 중요한 원자재의 공급망을 확보하려는 새로운 서구의 추진력과 일치한다는 의미입니다.

실리콘과 그 화합물은 이전에 양극에서 제한된 양으로 사용되었지만, 최근 개발을 통해 이 물질을 양극에서 더 높은 농도로 사용할 수 있게 되었으며, 이는 특히 배터리 성능 저하와 관련된 문제를 극복했습니다.

NCS 기반 전극은 전통적으로 사용되는 흑연에 비해 더 높은 용량을 제공함으로써 더 얇고 리튬 이온 확산 거리를 줄이고 비용 이점을 얻을 수 있다고 Yushin은 설명했습니다.

이 기술은 또한 오늘날의 흑연 기반 리튬 이온 배터리(LIB)에 비해 더 높은 에너지 밀도(Titan Silicon은 에너지 밀도를 최대 40% 향상)와 더 빠른 충전을 제공한다고 그는 말했습니다.

유신은 한도 내에서 흑연-양극 LIB의 비용이 팩 수준에서 약 $100/kWh에 머물 것이라고 계산했습니다.

Sila의 차세대 NCS 양극 및 음극은 "LIB 팩 비용을 $50/kWh까지 낮추는 데 도움이 될 것이며 급성장하는 EV 시장에 전력을 공급하는 데 적합한 기술이 될 것입니다."라고 Yushin은 말했습니다.

Fastmarkets의 전지 비용 모델링 팀은 일반적으로 양극이 일반적인 니켈-코발트-망간(NCM) 전지 총 비용의 10~15%를 차지하고 음극이 50~60%를 차지하는 것으로 추정합니다.

“양극의 개선은 고속 충전, 수명 및 일반 성능에 중요하지만, 전체 셀 비용을 실제로 낮추는 것은 음극 측면의 개선(음극 원자재 가격 인하)입니다. 제조 공정을 개선하고 기가팩토리에서 낭비를 최소화하는 것도 큰 역할을 할 것입니다.”라고 Fastmarkets 셀 비용 모델러인 Muthu Krishna는 말했습니다.

"전지 에너지 밀도는 양극과 음극 모두에 따라 달라지며, 대부분 용량과 전기화학적 전위에 따라 달라집니다"라고 Yushin은 말했습니다.

"차세대 음극과 결합된 초고용량 NCS는 에너지 밀도를 2배 증가시킬 수 있습니다. 이는 LIB 팩이 대략 동일한 에너지를 제공하는 데 50% 더 적은 셀이 필요하다는 것을 의미합니다."라고 그는 말했습니다.

Yushin에 따르면 LIB 팩의 크기와 가격도 마찬가지로 약 50% 더 작을 것이라고 합니다.

“동일한 차세대 음극은 흑연 양극과 결합될 때 큰 성능 향상을 제공할 수 없다는 점에 유의하십시오.”라고 그는 말했습니다.

이러한 개발로 인해 실리콘 기반 양극이 인식되는 방식이 크게 바뀌었습니다.

"10년 전, 수많은 기술적 과제를 극복하는 과학적, 기술적 어려움으로 인해 업계 대부분의 사람들은 실리콘 양극이 곧 현실화될 수 있다고 믿지 않았습니다"라고 Yushin은 말했습니다.

"지금 우리가 듣는 주요 질문은 TWh 수준의 수요를 충족하기 위해 타이탄 실리콘 생산을 얼마나 빨리 확장할 ​​수 있느냐는 것입니다."라고 그는 덧붙였습니다.

지난 몇 년 동안 일부 주요 배터리 회사에서는 과도한 열화를 방지하면서 LIB 에너지 밀도 또는 속도를 약간 향상시키기 위해 소량의 일본 또는 중국에서 생산된 산화규소 재료를 흑연 양극에 도입하기 시작했습니다.

그러나 실리콘이 지배적인 양극에 대한 아이디어는 의문의 여지가 없다고 Yushin은 말했습니다.

“이제 타이탄 실리콘은 중량 기준으로 50% 이상 사용하거나 양극의 흑연을 완전히 대체할 수 있습니다.”라고 그는 말했습니다.