테스트 중인 드론. 사진: 대련 화학물리 연구소Science Direct에 따르면, 세계화의 급속한 발전은 에너지 수요를 크게 증가시켜 새로운 에너지원에 대한 탐색을 촉진했습니다. 리튬 배터리는 오늘날 드론부터 전기 자동차에 이르기까지 다양한 산업에서 널리 사용되는 에너지 저장 장치로 선호되고 있습니다.
리튬 배터리는 뛰어난 잠재력에도 불구하고 저온에서 심각한 약점을 가지고 있습니다. 저온 환경에서 작동하면 용량, 출력 전력, 사이클 수명과 같은 리튬 배터리 성능 지표가 크게 저하됩니다.
연구에 따르면 영하 40도 이하의 환경에서는 배터리 용량이 12%까지 감소할 수 있습니다. 특히 중국 국토의 38%가 연중 영하 20도 이하의 기온을 경험할 가능성이 높아 리튬 배터리에 많은 어려움을 안겨줍니다.
3월 16일, 과학기술보는 천중웨이가 이끄는 대련화학물리연구소 연구진이 중국 북동부 헤이룽장성 모허시에서 극저온에서 비행하는 드론에 리튬 배터리를 적용해 테스트했다고 보도했습니다.
테스트된 드론은 극한의 저온에서도 안정적으로 작동하여 극한의 항공 작전에 새로운 가능성을 제시했습니다. 영하 36도에서도 안정적인 성능을 유지하는 배터리는 무정전 전력 공급을 보장합니다. 극지 탐사, 국경 순찰, 재난 구호, 물류 등 중요한 분야에 유망한 솔루션으로 자리매김할 것입니다.
시험 비행 중 드론은 추운 날씨에도 불구하고 안정성을 유지하며 지구력 기준을 충족했습니다. 드론은 빠른 이륙, 고고도 호버링, 복잡한 경로 탐색 등 일련의 기준을 성공적으로 충족했습니다. 또한, 배터리는 극한의 추위 속에서도 낙하 또는 예상치 못한 전력 손실 없이 안정적인 용량을 유지했습니다.
극한의 저온 환경에서 리튬 배터리의 성능 저하를 극복하기 위해, 대련 화학물리연구소 연구팀은 전해질 조성을 최적화하고 음극 소재를 개량하여 장치를 개선하고, 배터리의 작동 온도 범위를 크게 확장했습니다. 그 결과, 새로운 배터리는 -40°C에서 50°C까지의 온도 범위에서 연속 전력을 공급할 수 있습니다.
또한, 연구진은 적응형 열 관리 및 저온 임피던스 설계를 통해 배터리의 극한 작동 범위를 개선했습니다. 그 결과, -40°C에서 배터리의 내구성 손실은 10% 미만으로, 현재 평균 30~50%보다 훨씬 우수합니다. 이는 새로운 배터리가 드론이 춥고 고도가 높은 지역에서 잦은 재충전 없이 임무를 완수할 수 있도록 지원할 수 있음을 의미합니다.
천중웨이 씨는 연구진이 배터리 성능을 지속적으로 개선하고 이 장치의 혹독한 환경에서의 적용을 확대할 것이라고 덧붙였습니다.
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