테스트 중인 드론. 사진: 대련화학물리연구소

Science Direct에 따르면, 세계화의 급속한 발전으로 인해 에너지 수요가 크게 늘어났으며, 이로 인해 새로운 에너지원에 대한 탐색이 촉진되었습니다. 리튬 배터리는 오늘날 많은 산업에서 선호되는 에너지 저장 장치로 사용되고 있으며, 드론부터 전기 자동차까지 다양한 분야에 사용됩니다.

엄청난 잠재력에도 불구하고 리튬 배터리는 낮은 온도에서 심각한 약점을 가지고 있습니다. 낮은 온도 환경에서 작동하는 경우, 용량, 출력 전력, 사이클 수명과 같은 리튬 배터리 성능 지표가 크게 감소합니다.

연구에 따르면 -40도 이하의 온도 환경에서는 배터리 용량이 12%까지 감소할 수 있습니다. 특히, 중국 국토의 38%는 올해 영하 20도 이하의 기온을 경험할 가능성이 높은데, 이는 리튬 배터리에 많은 어려움을 안겨줍니다.

3월 16일, 과학기술보는 천중웨이가 이끄는 대련화학물리연구소 연구진이 중국 북동부 헤이룽장성 모허시에서 극저온에서 비행하는 드론에 리튬 배터리를 적용해 테스트했다고 보도했습니다.

실험에 사용된 드론은 극히 낮은 온도에서도 안정적으로 작동하여 극한 상황에서의 항공 작업에 새로운 가능성을 열었습니다. 배터리는 -36도 섭씨에서도 안정적인 성능을 유지하여 중단 없는 전력 공급을 보장합니다. 이는 극지 탐험, 국경 순찰, 재난 구호, 물류 운송과 같은 중요한 응용 분야에 유망한 솔루션이 될 수 있습니다.

시험 비행 중 드론은 안정성을 유지했으며 추운 날씨에도 불구하고 내구성 기대치를 충족했습니다. 드론은 신속한 발사, 고고도 호버링, 복잡한 경로 탐색 등 다양한 기준을 성공적으로 충족했습니다. 또한 배터리는 극한의 추위 조건에서도 전압 강하 또는 예상치 못한 전력 손실 없이 안정적인 용량을 유지합니다.

극한의 저온 환경에서 리튬 배터리가 성능 저하되는 현상을 극복하고자, 대련 화학물리학 연구소 연구팀은 전해질 배합을 최적화하고 양극재를 개량하여 장치를 개선했고, 배터리의 작동 온도 범위를 크게 확장했습니다. 그 결과, 새로운 배터리는 -40°C ~ 50°C의 온도 범위에서 지속적으로 전력을 공급할 수 있습니다.

또한 연구진은 적응형 열 관리와 저온 임피던스 설계를 사용하여 배터리의 추운 날씨 작동 범위를 개선했습니다. 그 결과, -40°C에서 배터리 내구성 손실은 10% 미만으로, 현재 평균 30~50%보다 상당히 개선되었습니다. 즉, 새로운 배터리는 드론이 자주 충전하지 않고도 추운 고지대에서 임무를 완수하는 데 도움이 될 수 있습니다.

천중웨이 씨는 연구진이 배터리 성능을 지속적으로 개선하고 이 장치의 혹독한 환경에서의 적용을 확대할 것이라고 덧붙였습니다.