배터리 전극에 대한 테라헤르츠 분석으로 전기차 생산 비용 절감

F. 자린 카트, A. 펜틀랜드, P. F. 타데이, D. D. 아르노네

초록

최근 몇 년간 전기차 시장은 놀라운 성장을 거듭해 왔습니다. 이 업계의 주요 목표 중 하나는 생산 비용을 절감하는 것입니다. 특히 전체 생산 비용의 최대 40%를 차지하는 배터리 팩의 경우, 이 중 약 64%가 전극 제조에 소요됩니다. 전극 생산 과정에서 발생하는 폐기물을 최소화하기 위해서는 두께, 충전량, 밀도, 전도도, 기공률과 같은 주요 배터리 매개변수를 모니터링하는 것이 매우 중요합니다. 최근까지 이러한 매개변수를 동시에 추적할 수 있는 기술은 존재하지 않았습니다. 그러나 테라헤르츠 기술이 배터리 전극을 평가하는 강력하고 비파괴적이며 안전한 방법으로 부상했습니다.

배터리 전극은 알루미늄이나 구리 같은 재료로 만들어진 기판 위에 코팅됩니다. 금속은 테라헤르츠파를 완전히 반사하기 때문에, 반사 모드를 통해 전극을 측정할 수 있습니다. 이러한 접근 방식을 통해 코팅의 두께와 복소 굴절률을 측정할 수 있으며, 이를 해석하여 전극의 주요 파라미터를 도출할 수 있습니다.

본 연구에서는 TeraView최신 기술인 TeraCota 활용했습니다. TeraCota는 산업용 애플리케이션을 위해 설계된 테라헤르츠 시스템으로, 자체 기준점을 갖는 테라헤르츠 센서를 탑재하고 있습니다. 갠트리에 장착된 이 센서는 전극 적재 상태를 테라헤르츠 이미지로 제공했으며, 이를 광학 이미지와 직접 비교함으로써 음극의 결함을 밝혀냈습니다. 테라헤르츠 센서를 통해 얻은 밀도 측정값을 실험실에서 물리적으로 측정한 값과 비교했을 때, 0.01 g/cm³의 정확도를 달성했다. 또한, 테라헤르츠 시스템을 통한 두께 측정값은 마이크로미터를 사용하여 얻은 값과 1 µm 미만의 오차 범위 내에서 일치했다. 마찬가지로, 테라헤르츠로 측정한 전도도와 4점 프로브를 통해 측정한 DC 전도도를 비교했을 때, 그 경향은 일관되었다. 다공성에 대한 지속적인 연구 결과, 굴절률이 특정 전극 세트의 다공성과 상관관계가 있는 것으로 나타나 더 광범위한 적용 가능성을 시사합니다. 이러한 포괄적인 접근 방식은 테라헤르츠 기술을 배터리 전극 제조 공정에 통합할 때 얻을 수 있는 상당한 이점을 입증하며, 효율성을 높이고 폐기물을 줄임으로써 산업에 혁신을 가져올 잠재력을 보여줍니다.

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