신개념에너지
스마트 그리드
마이크로 그리드
전기자동차 전원공급설비
V2G
전력저장장치
ESS의 제어기술
이차전지를 이용한 전기저장장치의 시설
ESS의 안전강화
리튬이온 축전지
ESS 안전의 문제점과 대책
SMES(초전도 에너지 저장장치)
초고용량 커패시터
이차전지
압축공기 에너지 저장장치(CAES)
분산형 전원
분산형 전원 배전계통 연계기술
모범답안(리튬이온 축전지)
리튬이온 축전지
리튬이온 축전지
- 음극과 양극 사이를 리튬이온 충,방전 시 왕복이동시키는 원리를 이용한 전지이다
- 충, 방전의 어느 과정에 있어서도 금속상태의 리튬은 존재하지 않게 되므로 리튬이온 축전지라 한다
1️⃣리튬이온 축전지의 구조
2️⃣리튬이온축전지의 충,방전 메커니즘
1)충전
양극으로부터 리튬이 Undoping되고, 음극의 탄소층간에 리튬이 Doping된다
첫충전 :
충전 시:
2)방전
음극의 탄소층간으로부터 리튬이 Undoping되고, 양극 층간에 리튬이 Doping된다.
방전시 :
3️⃣리튬이온 축전지의 특징
- 에너지밀도가 높다
- 전압이 높다
- 자기방전이 적다
- 메모리효과가 없다
- 방전곡선의 특징을 이용하여 잔존량 표시가 용이하다
- 충방전 사이클 특성이 우수하고 500회 이상 충방전 반복이 가능하다
- 금속리튬과 리튬합금을 사용하고 있지 않기 때문에 안전성이 높다
4️⃣리튬이온 축전지의 특성
1)충전특성
- 전지전압 : 서서히 상승하여 설정한 최대충전전압에 도달한다
- 충전량 : 약80[%]에 도달하면 정전압 충전으로 변환된다
- 충전전류 : 최대 충전전압 도달후 충전량이100[%]에 도달할 때까지 감소한다
2)방전특성
- 초기 방전전압은 약4V정도이며 평균적으로 약3.6V이다
- 니켈카드뮴전지의 3배정도이다
- 방전곡선을 이용하여 전지의 잔존용량 표시가 용이해진다
- 최대설정전압은 4.2[V], 방전종지전압은2.5[V]를 유지하는것이 좋다.
3)방전온도특성
- 저온으로 방전하는 경우 전지전압이 저하되어 방전용량도 감소한다
5️⃣자기방전특성
1)리튬이온축전지의 제조
- 전극공정 : 전극을 제조하는 공정이다
- 조립공정 : 탈수, 제진이 핵심공정이다
- 충,방전 공정 : 충,방전 용량 검사를 수행한다
2)리튬이온축전지의 안전기구
- 각 전지 내 전류차단장치, 안전밸브(내압상승), 플리스위치(가볍저항)의 안전기구가 부착되어있다
3)보호회로
- 과충전방지 회로
- 과방전방지 회로
- 과전류방지 회로
4)조전지
- 리튬이온축전지의 충,방전 심도는 전압에 의해 결정되기 때문에, 병렬접속의 조전지가 용이하다
- 용량이 다른 전지가 병렬 접속되는 경우 전압이 높은 전지로부터 낮은 전지로 전류가 흘러 단자전압이 자동으로 동일해진다.
- 접속편은 전기저항이 충분히 작은 재료를 사용해야 한다
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모범답안(리튬이온 축전지)
리튬이온 축전지
💯기출문제
●I19전기저장장치에 적용되는 전지의 원리와 장단점을 설명하시오
전기저장장치(ESS)는 전력 시스템의 안정성을 높이고 재생에너지 보급을 확대하는 데 필수적인 역할을 합니다. ESS에 사용되는 전지는 다양한 종류가 있으며, 각각의 특징과 장단점을 가지고 있습니다.
전지의 기본 원리
전지는 화학 반응을 통해 전기에너지를 저장하고 방출하는 장치입니다. 양극과 음극 사이에 이온을 포함하는 전해질이 존재하며, 외부 회로와 연결될 때 전자가 양극에서 음극으로 이동하면서 전류가 흐르게 됩니다. 충전 시에는 외부에서 전기에너지를 공급하여 이 과정을 반대로 진행시켜 전기를 저장합니다.
전기저장장치에 주로 사용되는 전지 종류 및 특징
- 리튬이온 전지:
- 장점: 에너지 밀도가 높아 소형 경량화가 가능하며, 자체 방전율이 낮고 수명이 길다. 충방전 효율이 높고, 다양한 형태로 제작이 가능하다.
- 단점: 고온에서 성능이 저하될 수 있으며, 안전성 확보를 위한 관리가 필요하다.
- 활용 분야: 전기자동차, 휴대폰, 노트북 등 다양한 분야에 사용된다.
- 납축전지:
- 장점: 가격이 저렴하고, 생산 기술이 성숙하여 안정성이 높다.
- 단점: 에너지 밀도가 낮고, 수명이 짧으며, 무겁다. 자주 충방전하면 성능이 저하될 수 있다.
- 활용 분야: 자동차 시동용 배터리, 비상 전원 등에 주로 사용된다.
- 니켈수소 전지:
- 장점: 고온에서도 안정적이며, 메모리 효과가 적다.
- 단점: 리튬이온 전지에 비해 에너지 밀도가 낮고, 가격이 비싸다.
- 활용 분야: 하이브리드 자동차, 전동 공구 등에 사용된다.
- 나트륨 이온 전지:
- 장점: 리튬보다 지구상에 풍부하게 존재하여 가격 경쟁력이 높고, 안전성이 우수하다.
- 단점: 에너지 밀도가 리튬이온 전지에 비해 낮으며, 상용화 초기 단계라 기술 개발이 필요하다.
- 활용 분야: 대규모 에너지 저장 시스템에 적용되고 있다.
전지 선택 시 고려 사항
- 에너지 밀도: 단위 무게 또는 부피당 저장할 수 있는 에너지량
- 수명: 충방전을 반복해도 성능이 유지되는 정도
- 안전성: 충격, 고온, 과충전 등 외부 환경에 대한 안전성
- 가격: 초기 투자 비용 및 유지보수 비용
- 환경 영향: 제조 및 폐기 과정에서 발생하는 환경 문제
결론
전기저장장치에 사용되는 전지는 다양한 종류가 있으며, 각각의 장단점을 가지고 있습니다. 따라서 ESS의 용도와 사용 환경에 맞는 최적의 전지를 선택하는 것이 중요합니다. 미래에는 더욱 높은 에너지 밀도와 안전성을 갖춘 새로운 종류의 전지가 개발될 것으로 기대됩니다.
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🌐V1020Z24
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