로봇의 배터리는 어떤 소재로 만들어지나요?
로봇이 작동하기 위해서는 배터리가 필요한데요. 배터리 제작을 위해 소요되는 원재료와 제작 방법이 무엇이 있는지 알고 싶습니다.
안녕하세요. 서종현 전문가입니다.
로봇의 배터리는 주로 리튬 이온 배터리가 사용됩니다. 이 배터리는 리튬, 코발트, 니켈,망간 등의 원재료로 만들어집니다. 제작 과정은 전극을 구성하는 소재를 혼합하고, 이를 전해질과 함께 셀 형태로 조립한후 충진 및 방전 테스트를 거쳐 최종 제품으로 완성됩니다. 리튬 이온 배터리는 높은 에너지 밀도와 긴 수명이 특징입니다.
안녕하세요. 조일현 전문가입니다.
배터리는 주로 리튬이온 배터리를 사용하며 관련 재료는 리튬, 코발트, 망간, 알루미늄 등입니다.
제작 장법은 개발 배터리 셀을 제작하여 셀에 양면 테이프를 부착하여 스폿 용접을 이용하여 셀을 연결 및 조립합니다.
이를 관리하기 위한 BMS를 설치하고 필라멘트 및 캡톤 테이프로 배터리를 감싸 마감처리 하여 보호합니다.
안녕하세요. 김민규 전문가입니다.
일반적으로 우리가 알고있는 배터리와 동일한 소재입니다. 다만 공간적으로는 협소하고 출력은 높아야하기 때문에 고효율을 사용하죠.
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.
일반적인 산업체 로봇의 경우는 어차피 동일지역에서 작동을 하면 그만이다보니
유선 동력에 의존하겠으나
요즘 뜨는 협동로봇이나 각종 안드로이드 및 배달용 로봇등 은
배터리에 의존해야 하는 게 맞습니다.
이들 로봇용 배터리는 자율주행 차나 전기차에 탑제되는 리튬이온 배터리가 가장 일반적이지만
그 외 니켈수소 배터리나 납산화물 배터리도 적용되고 있습니다.
원재료 부터 살펴보면
가장 일반적인 리튬이온 배터리 경우는
양극제로 LiCoO2(리튬코발트 산화물) 같은 물질이 대표적이고
음극제로는 주로 흑연이 사용됩니다. 그 외 실리콘 재질을 통한 혁신을 이루려는 노력도 큽니다.
전해질로는 전해액이 사용되고, 리튬염 등이 포함된 유기용매가 현재로선 일반적입니다.
니켈수소 전지는 수소화물과 니켈산화물이 주재료이고
납산화물은 황산과 납이 주로 이용되죠
로봇용 배터리 특성 상
과방전 및 과충전에 대한 보호기능이 내장되야하고
극한에서도 작동하며 수명이 길어야 하기에 주로 리튬철 같은 소재가 각광받으며
로봇 특성에 맞게 용량,방전 전류등도 조정할 수 잇어야합니다.
배터리 제작 방식은 간단히 보면
도전체 / 바인더/ 활물질 을 배합하여 슬러지형태로 만든 후
알미늄이나 구리등 에 코팅하여 전극을 만들고
롤투롤 과정으로 두께를 얇게합니다
그 후 전극 조립 및 전해액 주입 후 밀봉과정을 거치는데
여기서 원형이냐 각형이냐에 따라 케이싱 제질이 달라집니다.
최종 공정에서 성능과 안전성 확보가 가장 중요한데요
보통 Formation, Agiing, Grading 공정을 통해 성능/ 안전성 테스트가 진행되는데
간단히 설명을 붙이면
Formation 공정은
배터리에 전기적특성을 부여하고 안전성을 확보하기위해
첫 중천 후 방전상태로 활성화 시키는 단계로
전해액과 리튬이온 반응으로 음극표면에 고체막을 형성시킴으로써
전해액 분해방지 및 배터리 수명 및 성능을 향상시키는 과정이빈다.
Grading 공정은
배터리 셀을 품질에 따라 분류하여
최종제품의 일관성 유지 및 성능기준 충족을 목표로 하는 과정으로
배터리의 용량/ 전압/ 저항 등을 평가하여 품질에 따라 등급을 부여함으로써
동일한 성능의 셀로 모듈 및 팩을 구성하기 위함입니다.
Aging 공정은
배터리 내부 전해액을 균일하게 분산시켜
이온이동의 최적화/ 자연방전 특성 측정통한 불량 선별 을 목적으로 하는 공정으로
배터리를 일정온도/ 습도에서 보관해서
전해액이 양극/ 음극에 골고로 분산되게 하는 공정으로
이를 통해 이온이동 최적화 및 Formation 공정에서 생성된 막의 안정화를 이루게 됩니다.