이차전지를 이용한 에너지 저장 시스템

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이차전지를 이용한 에너지 저장 시스템  이차전지/연료전지 / 에너지  2012/02/13 05:51 http://blog.naver.com/ioyou64/130131210241

이차전지를 이용한 에너지 저장 시스템

1. 문제점 최근 CO2 절감과 전력 부족 해소의 관점에서 태양 전지와 축전지를 조합한 태양광 가로등과 독립 전원 시스템과 같은 에너지 저장 시스템이 검토되고 있다. 납축전지는 뛰어난 가격 대비 성능에서 에너지 저장 시스템에 이용되고 있다. 그러나 태양광 발전은 날씨에 좌우되기 때문에 일조량이 불안정한 환경에서 납축전지가 충전 부족이 되기 쉽고 황산 납이 고정화되는 문제점이 있었다. 이번에 개발된 장수명을 위한 제어 밸브 식 납축전지 (이하, EV 납축전지로 표기)는 전지의 저저항화를 통해 충전 효율을 향상시키고 햇빛이 불안정한 환경에서도 충전 부족이 되기 어렵고, 황산 납의 고정화를 억제하여 전지의 수명 특성을 향상시킬 수 있다. 2. EV 납축전지의 특징 2.1 충전 효율 향상 기술 EV 납축전지는 양극 판, 음극판 유리 매트, 합성 수지 섬유 및 이러한 구분에 함침되는 묽은 황산을 사용하여 전해액으로 구성되어있다. ① 양극 음극을 여러 장 구조함으로써 반응 면적을 증가, ② 극판의 집전체에 촘촘한 확장형 격자를 채용 집전 능력을 향상, ③ 셀 사이 연결부의 저저항화 방지 , ④ 활물질 첨가제 최적화 노력을 통해 내부 저항을 종래의 10 mΩ 3 mΩ에 70 % 감소하여 충전 효율을 약 7 % 향상시켰다. 2.2 사이클 수명 기술 저저항화 노력뿐만 아니라 정극 활물질을 고밀도화하는 것으로, 연화라는 활물질의 결합력의 저하에 따른 극판 열화를 억제하고 유리 매트 분리와 합성 수지 separator의 이중 분리 채용에 의해, 물리적 단락 방지, 또한 합성 수지 separator를 주머니 모양으로 하여 활물질의 탈락 및 음극 활물질의 팽창에 의한 단락을 억제하여 수명 말기까지 안정된 품질을 확보했다. 그 결과, 방전 심도가 얕은 10 %에서 4000 사이클, 방전 심도 33 %에서 2500 사이클, 방전 심도가 깊은 80 %에서도 1000주기와 기존의 축전지에 비해 2 배 이상의 우수한 수명 특성을 얻을 수 있었다. 3. 에너지 저장 시스템 3.1 태양광 가로등 태양광 가로등은 EV 납축전지를 1 직렬 2 병렬로 구성하고 12V120Ah 축전 능력을 가지고 있다. EV 납축전지는 수평 ? 수직으로 설치해도 누액하지 않는 구조로 되어 있기 때문에, 가로등 기둥 내에 소형 배터리 수납이 가능하다. 이것은 전해질이 양극 판, 음극 판과 흡액성 유리 매트 separator에 함유되고 그 이외에는 전해액이 없는 설계로 되어 있기 때문이다. 태양광 가로등에 EV 납축전지를 설치하고 낮에는 85 W의 태양광 패널에서 충전하고 밤에는 17 W의 LED 조명은 방전 심도 25 %에서 30 % 방전을 실시했다. 이 결과에서 5 년 이상 경과해도 초기 용량의 80 %의 배터리 용량을 유지하고 우수한 수명 특성을 확인할 수 있었다. 3.2 독립 전원 시스템 재해 지역을 위한 조명과 정보를 얻기 위해 텔레비전이나 약물 저장용 냉장고와 같은 가전 제품을 구동시키기 위한 독립 전원 시스템 개발을 실시 하였다. 20 피트 컨테이너 상단에 태양광 패널 3.8 kW와 컨테이너 내부에 거주실과 축전지실을 마련해 EV 납축전지 4 직렬 12 병렬로 설치했다. 이 독립 전원 시스템은 여러 직접 다 병렬 연결에서 문제가 되는 부하 전류의 변화에 따른 배터리 수명의 격차를 억제하기 위해 ① 배선 저항의 균일화, ② 전지 사이에 틈새를 마련하여 축열을 억제하였다. 이를 바탕으로 하여 방전 심도 40 % 이하로 하여 태양광 가로등과 동등한 수명 특성을 확보했다. 4. 더 긴 수명화를 위해 에너지 저장 시스템 용도는 운영 비용의 관점에서, 축전지의 새로운 장수명화가 요구되고 있다. 납축전지가 이 용도로 확장하기 위해서는 10 년 수명의 실현이 큰 열쇠가 된다. EV 납축전지를 태양광 가로등에서 5 년 이상 사용하면 주로 과충전에 의한 양극 격자의 열화가 커지는 것을 알고 있으며, 양극 격자의 내구성을 향상시킬 필요하다. 25 ℃ 환경에서 방전 심도 50 %의 1 / 3 CA 방전 사이클 수명 시험에서 매 사이클 충전하는 기존 충전 제어 및 과충전 전기량 등을 억제하여 최적 충전 제어를 비교 실험 하였다. 배터리 용량이 초기 용량의 80 %로 떨어질 때까지 동등한 수명 특성이지만, 이후 주기에서 기존 충전 제어에서는 양극 격자 열화에 의한 급격한 용량 저하를 일으키는 반면 최적 충전 제어는 이것을 억제하고 있다. 태양광 가로등 및 독립 전원 시스템은 1 사이클의 방전 심도 50 % 이하로 사용되는 경우 가 많기 때문에, 수명 판정을 초기 용량의 50 %로 하면 5000 사이클이 기존의 충전 제어의 2 배 이상의 수명 특성이 된다. 출처 : http://panasonic.co.jp/

원문제목 鉛蓄電池を用いた蓄エネルギーシステム 국가 일본 발행일 2012-01-27 등록일 2012-02-10

[출처] 이차전지를 이용한 에너지 저장 시스템 |작성자 밍그라빠