리튬 배터리의 전력 및 효율성을 획기적으로 향상시킨 울트라 커패시터 하이브리드

 

Ultra-capacitor hybrid radically boosts power and efficiency of lithium batteries

리튬 배터리의 전력 및 효율성을 획기적으로 향상시킨 울트라 커패시터 하이브리드

These carbon nanotube ultra-capacitors could have radical repercussions in the electric vehicle world, boosting power, range and efficiency / Nawa Technologies

 

Combining the unique strengths of lithium batteries with crazy-fast charging, carbon ultra-capacitors could save a ton of weight and add significant range and power to electric vehicles, according to Nawa Technologies. Based outside Marseilles, this fascinating French startup is working on a new type of battery it believes could offer some huge advantages in the EV space, among many others.

Nawa Technologies에 따르면, 리튬 배터리의 독특한 강점과 엄청나게 빠른 충전을 결합하면, 탄소 울트라 커패시터는 엄청난 무게를 줄일 수 있고 전기 자동차에 상당한 범위와 힘을 더할 수 있다고 한다. 마르세유 외곽에 기반을 둔 이 매력적인 프랑스 신생기업은 많은 것들 중에서 EV 공간에 몇 가지 큰 이점을 제공할 수 있다고 믿는 새로운 종류의 배터리를 연구하고 있다.

 

Nawa Technologies' core product is a new type of carbon ultra-capacitor with a set of remarkable advantages over typical lithium-ion battery cells.

Nawa Technologies의 핵심 제품은 일반적인 리튬 이온 배터리 셀에 비해 놀라운 장점이 있는 새로운 유형의 탄소 울트라 커패시터이다.

 

Advantages of the Nawa carbon ultra-capacitor / Nawa Technologies

 

Ultra-capacitor advantages / 울트라 커패시터의 장점

 

To start with, as a capacitor, its charge and discharge rates are absolutely spectacular compared with batteries – up to 1,000 times faster. We're talking about charging an entire car battery in a matter of seconds, maybe three times quicker than filling a tank with fossil fuel.

먼저 커패시터의 충전 및 방전 속도는 배터리에 비해 최대 1,000배 더 빠르다. 우리는 몇 초 만에 전체 자동차 배터리를 충전하는 것에 대해 이야기하고 있다. 탱크에 화석 연료를 채우는 것보다 3배 더 빠르다

 

And since there's no chemical reaction taking place, merely a physical separation of protons and electrons, super-fast charging doesn't cause any heat build-up or swelling of the battery. That gives the carbon ultra-capacitor an exceptionally long lifetime, up to a million charge cycles.

그리고 화학 반응이 일어나지 않고 단지 양성자와 전자가 물리적으로 분리되기 때문에 초고속 충전은 배터리의 열 축적이나 팽창을 일으키지 않는다. 이를 통해 탄소 울트라 커패시터는 최대 백만 충전 주기로 매우 긴 수명을 제공한다.

 

The ultra-capacitor's monster discharge rate also offers another advantage over lithium batteries. In high-powered EVs, the slow discharge rate of the batteries often means you need to up battery capacity in order to add performance. The Tesla Model S, for example, wouldn't be able to activate its Ludicrous speed mode with a smaller battery pack, because the slow discharge rates of the batteries would cause a power bottleneck. That's absolutely not a problem with an ultra-capacitor; these things discharge fast enough to output enormous power with a very small battery.

울트라 커패시터의 엄청난 방전율은 리튬 배터리에 비해 또 다른 이점을 제공한다. 고출력 EV에서 배터리의 느린 방전 속도는 종종 성능을 추가하기 위해 배터리 용량을 늘려야 함을 의미한다. 예를 들어 Tesla Model S는 배터리의 방전 속도가 느려 전력 병목 현상이 발생하기 때문에 더 작은 배터리 팩으로 Ludicrous속도 모드를 활성화할 수 없다. 울트라 커패시터의 경우는 전혀 문제가 되지 않는다. 이러한 것들은 매우 작은 배터리로 엄청난 전력을 출력할 만큼 충분히 빠르게 방전된다.

 

It's also very cheap and simple to manufacture, using a process that Nawa Founder and COO Pascal Boulanger describes to us over the phone as "the same process used to create photovoltaic panels. It's industry proven, highly efficient and cost effective."

또한 Nawa 설립자이자 COO인 Pascal Boulanger가 전화로 "태양광 패널을 만드는 데 사용되는 것과 동일한 프로세스이다. 업계에서 입증되고 매우 효율적이며 비용 효율적이다."라고 설명하는 프로세스를 사용하여 제조하기가 매우 저렴하고 간단하다.

 

But these remarkable advantages are not the key driver for Boulanger. He believes the carbon ultra-capacitor's environmental benefits are its biggest calling card.

그러나 이러한 놀라운 이점이 Boulanger의 핵심적인 것은 아니다. 그는 탄소 울트라 커패시터의 환경적 이점이 가장 큰 장점이라고 믿는다.

 

"For me, the dream comes from the fact that we're not using lithium, cobalt, rare earth metals," says Boulanger. "These materials are polluting, and very complicated to extract from the Earth. We're moving from a society where we extract oil to put in the car, to the same theme, but extracting metals and minerals to put in electric cars. It's not good, because we're destroying our planet.

"나에게 그 꿈은 우리가 리튬, 코발트, 희토류 금속을 사용하지 않는다는 사실에서 비롯되었다,"라고 Boulanger는 말한다. "이러한 물질은 오염시키고 지구에서 추출하기가 매우 복잡하다. 우리는 차에 넣기 위해 기름을 추출하는 사회에서 동일한 주제로 이동하고 있지만 전기 자동차에 넣을 금속과 광물광 추출하는 것은 좋지 않다. 왜냐하면 우리는 지구를 파괴하고 있기 때문이다.

 

"Nawa's ultra-capacitors only use carbon and aluminum. Our carbon comes from natural, sustainable sources. We don't need to mine. When I created Nawa, that was what I wanted to promote: a real, sustainable way. That's the dream. Building safer and cleaner batteries."

"Nawa의 울트라 커패시터는 탄소와 알루미늄만 사용한다. 우리의 탄소는 자연적이고 지속 가능한 소스에서 나온다. 우리는 채굴할 필요가 없다. 내가 Nawa를 만들었을 때 그것이 내가 홍보하고 싶었던 것이다. 실제적이고 지속 가능한 방식 그게 꿈이다. 더 안전하고 깨끗한 배터리를 만들 수 있다."

 

Could you run a vehicle completely on Nawa's carbon technology? Yes, says Nawa CEO Ulrik Grape.

Nawa의 카본 기술로 자동차를 완전히 달릴 수 있을까요? 네, Nawa CEO Ulrik Grape는 말한다.

 

"People looking for small cars that are used mainly for small drives, like around city centers, our technology would be perfect," Grape says. "You can do 50 to 100 kilometers (31 to 62 mi) on our technology alone, and you can recharge the car in less than 10 or 20 seconds. It's perfect for a fleet of electric cars for sharing."

Grape는 "도심 주변과 같이 주로 소형 드라이브에 사용되는 소형 자동차를 찾는 사람들에게 우리 기술은 완벽할 것이다."라고 말했다. "당사의 기술만으로도 50~100km(31~62마일)를 주행할 수 있으며 10~20초 이내에 자동차를 충전할 수 있다. 공유용 전기 자동차에 적합하다."

 

But this ultra-capacitor technology does have drawbacks.

그러나 이 울트라 커패시터 기술에는 단점이 있다.

 

Nawa's ultra-capacitors charge up to 1,000 times faster than a lithium battery, last up to a million cycles and run rings around lithium batteries for power density / Nawa Technologies

 

Drawbacks and the hybrid solution / 단점과 하이브리드 솔루션

 

For starters, while power density (the amount of power output per unit of weight) is off the charts, energy density doesn't compete with lithium. An ultra-capacitor will only hold about 25 percent of the energy per unit of weight that a lithium battery can manage, so a car battery with the same sized ultra-capacitor would have only a quarter the range.

우선 전력 밀도(무게 단위당 전력 출력량)는 차트에서 벗어나 있지만 에너지 밀도는 리튬과 경쟁하지 않는다. 울트라 커패시터는 리튬 배터리가 관리할 수 있는 단위 중량당 에너지의 약 25%만 보유하므로 동일한 크기의 울트라 커패시터를 사용하는 자동차 배터리는 범위가 4분의 1에 불과하다.

 

Secondly, capacitors suck at long-term energy storage. Leave your car charged up in your garage, and you could expect to leak around 10-20 percent of your energy out each day.

둘째, 커패시터는 장기 에너지 저장 능력이 떨어진다. 차를 차고에 충전시켜 두면 매일 에너지의 10-20%가 새어 나갈 것으로 예상할 수 있다.

 

The Nawa team believes that the full potential of the ultra-capacitor, at least in the EV space, becomes unlocked when it's combined with a lithium battery.

Nawa 팀은 울트라 커패시터가 리튬 배터리와 결합될 때 적어도 EV 공간에서는 모든 잠재력이 해제된다고 믿는다.

 

A hybrid lithium/carbon battery system could offer the best of both worlds – long-range continuous driving and long-term power storage thanks to the lithium unit, plus ultra-fast partial charging and extreme power output thanks to the ultra-capacitor.

하이브리드 리튬/탄소 배터리 시스템은 리튬 유닛 덕분에 장거리 연속 주행과 장기 전력 저장, 그리고 초고속의 부분 충전과 초고속의 출력 등 두 가지 장점을 모두 제공할 수 있다.

 

This kind of hybrid system has another hidden advantage: regenerative braking would become about 450 percent better at recouping energy. Current re-gen systems are forced to throw away the vast majority of energy generated back through the wheels under braking simply because lithium charges so slowly that there's nowhere to put it all.

이러한 종류의 하이브리드 시스템에는 또 다른 숨겨진 장점이 있다. 회생 제동은 에너지 회수에 있어 약 450% 더 우수하다는 것이다. 현재의 재생 시스템은 단순히 리튬이 너무 느리게 충전되어 모든 것을 저장할 곳이 없기 때문에 제동 시 바퀴를 통해 다시 생성된 에너지의 대부분을 버려야 한다.

 

"Most of the energy in regenerative braking is lost as heat, maybe 80 percent," says Grape. "Perhaps 20 percent is recouped. The electric motors are very efficient at generating that power, but the battery just can't accept the charge rate. If you combine our technology with the lithium battery, we can accept up to 90 percent of that energy."

 

"회생 제동에서 에너지의 대부분은 열로 손실되며, 아마도 80% 정도이다."라고 Grape는 말했다. "아마도 20%가 회수될 것이다. 전기 모터는 그 전력을 생성하는 데 매우 효율적이지만 배터리는 충전 속도를 수용할 수 없다. 우리 기술과 리튬 배터리를 결합하면 해당 에너지의 최대 90%를 수용할 수 있다."

 

In a regular driving situation, that could handily extend your battery range. In an electric race car, this kind of system would be even more effective, storing almost all of your braking energy coming into a corner, and then pumping it back out at a massive rate for huge acceleration out of the turn.

일반적인 운전 상황에서는 배터리 범위를 쉽게 확장할 수 있다. 전기 경주용 자동차에서 이러한 종류의 시스템은 코너로 들어오는 거의 모든 제동 에너지를 저장한 다음 회전에서 엄청난 가속을 위해 엄청난 속도로 다시 펌핑하여 훨씬 더 효과적이다.

 

"For example, let's take Formula E racing," says Grape. "If you look at the batteries they have on those cars, we've done a simulation using data from a co-operation partner of ours, and we've analyzed it. When you combine our technology with the lithium battery, we could reduce the size and weight of the battery pack from 300 kg (661 lb) to about 200 kg (441 lb) – and you'd have a longer driving distance as well, because we're much more efficient."

"예를 들어 포뮬러 E 경주를 예로 들어 보겠다."라고 Grape는 말했다. "그 차량에 장착된 배터리를 보면 협력 파트너의 데이터를 사용하여 시뮬레이션을 수행하고 분석했다. 우리 기술과 리튬 배터리를 결합하면 배터리 팩의 크기와 무게는 300kg(661lb)에서 약 200kg(441lb)이며 훨씬 더 효율적이기 때문에 운전 거리도 더 길어진다."

 

We're fairly sure we don't need to point out what an enormous advantage a 100-kg (220-lb) weight saving would be in a racing application; it would significantly extend your range and acceleration figures, while adding the extra power of that enormous discharge rate.

100kg(220파운드)의 무게 절감이 경주용 응용 프로그램에서 얼마나 큰 이점인지 지적할 필요가 없다고 확신한다. 그것은 당신의 범위와 가속도 수치를 크게 확장하는 동시에 엄청난 방전율의 추가적인 힘을 추가할 것이다.

 

The advantages could also carry over into electric trucking applications.

장점은 전기 트럭 운송에도 적용될 수 있다.

 

"There's so much energy there to be harvested when a truck is going downhill or braking, and the energy recovery systems on those vehicles just can't handle all the energy that's coming back," says Grape.

"트럭이 내리막길이나 브레이크를 밟을 때 얻을 수 있는 에너지가 너무 많은데, 이러한 차량의 에너지 회수 시스템은 돌아오는 모든 에너지를 처리할 수 없다."라고 그레이프는 말한다.

 

 Other applications Nawa is exploring include industrial tools and vehicles, automated inventory robots, buses, trucks and public transport, and power tools / Nawa Technologies

 

Other applications / 기타 애플리케이션

 

There are plenty of other places a carbon ultra-capacitor could come in handy. Nawa is working with industrial power tool manufacturers who see the ultra-fast-charging capabilities and long cycle lives as opportunities to build longer-life tools for production line use that would charge in seconds between jobs. Then there's factory and warehouse robots.

탄소 배출가스 배출기가 편리할 수 있는 다른 많은 장소들이 있다. Nawa는 초고속 충전 기능과 긴 주기 수명을 작업 사이에 몇 초 만에 충전되는 생산 라인 사용을 위한 장수명 도구를 구축할 수 있는 기회로 보고 있는 산업용 전동 공구 제조업체와 협력하고 있다. 그리고 공장과 창고 로봇도 있다.

 

"We have a project where we're working on AGV solutions – Automatic Guided Vehicles like you might see in warehouses," says Grape. "These small, robot things that are running about picking up packages and moving them around. You can think of companies like Amazon, large warehouses. We're working on a project with a European AGV manufacturer to demonstrate this in that kind of an application."

"우리는 창고에서 볼 수 있는 자동 안내 차량인 AGV 솔루션을 개발하는 프로젝트를 진행하고 있다."라고 Graff는 말했다. "이 작은 로봇들은 소포를 집어서 이리저리 옮기는 일을 하고 있다. 여러분은 아마존과 같은 큰 창고들을 생각할 수 있다. 우리는 유럽의 한 AGV 제조업체와 함께 이러한 종류의 응용 프로그램에서 이를 입증하기 위한 프로젝트를 진행 중이다."

 

The carbon ultra-capacitors might find uses in an Internet of Things type application as well.

탄소 울트라 커패시터는 사물 인터넷 유형 응용 프로그램에서도 사용할 수 있다.

 

"In the IoT domain, people are talking about battery-free sensors," says Boulanger. "You have an energy source inside the sensors, and the sensors need to take some kind of measurement, then transmit the information. You need a very short buffer. Our technology is absolutely fantastic for that."

"IoT 도메인에서, 사람들은 배터리 없는 센서에 대해 이야기하고 있다,"라고 Boulanger는 말한다. "센서 안에 에너지원이 있다. 센서들은 측정을 한 다음 정보를 전송해야 한다. 매우 짧은 버퍼가 필요하다. 이를 위해 우리의 기술은 정말 환상적이다."

 

And back in the automotive world, there are no limits on how you might charge these things, opening up some interesting ideas for inductive charging. Imagine simply driving your car over a surface at a charge station, paying for a top-up and driving away 10-20 seconds later. The range of an electric car would become almost irrelevant if you could charge it so quickly.

그리고 자동차 세계로 돌아가서 이러한 것들을 충전하는 방법에는 제한이 없으므로 유도 충전에 대한 몇 가지 흥미로운 아이디어가 열린다. 충전소의 표면 위로 차를 몰고 충전 비용을 지불하고 10-20초 후에 차를 몰고 가는 것을 상상해 보십시오. 전기차를 그렇게 빨리 충전할 수 있다면 전기차의 주행거리는 거의 무의미해질 것이다.

 

"If you want to take that a little further, you could imagine having ultra-capacitors buried under the road surface," says Grape. "And when a bus passes over, it could charge very rapidly. And the ultra-capacitor itself could charge more slowly off the grid while the next bus is coming."

"좀 더 나아가고 싶다면 노면 아래에 울트라 커패시터가 묻혀있는 것을 상상할 수 있다."라고 Grape는 말한다. "그리고 버스가 지나가면 매우 빠르게 충전될 수 있다. 그리고 울트라 커패시터 자체는 다음 버스가 오는 동안 그리드에서 더 천천히 충전할 수 있다."

 

Nawa is at the prototype stage right now, but claims it'll have full scale production online by the second half of 2019 / Nawa Technologies

 

Another key benefit: structural batteries / 또 다른 주요 이점: 구조용 배터리

 

One final thing we haven't yet touched on is the outstanding mechanical properties of the carbon ultra-capacitor. It's lightweight and super-strong, opening up the opportunity to build ultra-capacitors into the very structure of an item in ways lithium simply can't be used.

우리가 아직 다루지 않은 마지막 한가지는 탄소 울트라 커패시터의 뛰어난 기계적 특성이다. 가볍고 강력해서 리튬을 사용할 수 없는 방식으로 방식으로 항목의 구조에 울트라 커패시터를 구축할 수 있는 기회를 제공한다.

 

"We had a project with Airbus where we tested our technology to see how it would act from a mechanical point of view and for storage," says Boulanger. "We can integrate a battery into any carbon fiber structure."

Boulanger는 "우리는 Airbus와 함께 기계적 관점에서 그리고 스토리지 측면에서 우리의 기술이 어떻게 작동하는지 테스트하는 프로젝트를 진행했다."라고 말한다. "우리는 어떤 탄소 섬유 구조에도 배터리를 통합할 수 있다."

 

"The mechanical property of our electrode is very, very strong, adds Grape. "It can be used to enforce the mechanical structure of a composite. You can integrate the battery into the shell of a car. The chassis, the doors, the roof, wherever you like."

"우리 전극의 기계적 특성은 매우 강력하다."라고 Graff는 덧붙였다. 그것은 복합재료의 기계적 구조를 강화하는 데 사용할 수 있다. 배터리를 자동차의 쉘에 통합할 수 있다. 차대, 문짝, 지붕, 원하는 곳 어디든지 이다."

 

Indeed, the idea of a vehicle with no discrete battery unit to speak of is very much possible.

실제로 별도의 배터리 장치가 없는 차량에 대한 아이디어는 매우 가능성이 높다.

 

Nawa is currently testing and working with prototype units, but the team says by the second half of 2019, the company will have a full-scale production line in operation not far from Marseilles. The potential of these super-fast carbon ultra-capacitors sounds terrific. We look forward to seeing Nawa's technology tested in earnest.

Nawa는 현재 시제품 유닛을 테스트하고 작업 중이지만, 팀은 2019년 하반기까지 회사가 마르세유에서 멀지 않은 곳에 본격 생산 라인을 가동할 것이라고 말한다. 이 초고속 탄소 울트라 커패시터의 잠재력은 대단해 보인다. 우리는 Nawa의 기술이 본격적으로 시험되기를 기대한다.