로드스터 배터리, 열쇠는 칩 재료
1칩 재료가 배터리로
칩의 기본 재료인 실리콘을 음극에 넣으면, 이론상 흑연의 열 배 가까이 리튬을 담아요.
2테슬라의 2020년 목표
테슬라는 2020년에 실리콘으로 주행거리를 20% 늘리겠다고 했어요. 계획으로 발표한 내용이에요.
3충전하면 부피가 최대 300%
충전 때 리튬이 들어오면 실리콘은 부피가 최대 300%까지 늘어나요.
4부풀고 줄기를 되풀이
이렇게 커졌다 작아지기를 되풀이하면 배터리 수명이 짧아져요.
5구멍 숭숭 뚫린 탄소 알갱이
그래서 나온 답이 구멍이 많은 탄소 알갱이예요. 이 구멍을 실리콘을 담는 그릇으로 써요.
6실란 가스를 흘려 데운다
실리콘 하나에 수소 넷이 붙은 실란(SiH4) 가스를 구멍 속에 흘려 데우면, 실리콘만 쌓여요.
7빈 구멍이 부풀 자리
구멍을 다 채우지 않고 남겨 두면, 그 빈 공간이 실리콘이 부풀 자리가 돼요.
8반도체 공장도 같은 실란
반도체 공장도 실란 가스를 약 575~650 °C의 저압에서 분해해 웨이퍼 위에 실리콘 막을 입혀요.
9새 로드스터 셀은 아직 비공개
새 로드스터 셀에 실리콘이 얼마나 들어가는지는 아직 공개되지 않았어요.
물병에 물을 가득 채워 얼리면, 얼면서 부푸는 물을 병이 감당하지 못해요. 조금 비워 두면 괜찮죠.
탄소 알갱이의 빈 구멍이 그 '비워 둔 칸'이에요. 실리콘이 부풀어도 구멍이 받아 줍니다.
게다가 구멍이 아주 많아서 부푸는 몫이 한곳에 몰리지 않고 여러 작은 자리로 나뉘어 흩어져요.
- 칩을 만드는 재료와 공정 기술(가스를 데워 실리콘을 쌓는 방식)이 배터리 소재 만들기에도 쓰이고 있어요.
- 실리콘 음극은 용량보다 수명이 관건이에요. 구멍 속 실리콘이 실제 충전에서 얼마나 오래 버티는지가 다음 질문입니다.
해외 회사는 업계에 널리 알려진 대표 업체를 골랐고, 국내 회사는 웨이퍼 위에 막을 입히는 반도체 증착 장비 쪽이며 배터리 음극 소재 회사는 아닙니다. 회사 소개일 뿐 투자 추천이 아닙니다.
더 깊이 — 원문 요약·용어 정리·출처
칩을 만드는 재료 실리콘을 배터리 음극에 넣으면, 이론상 흑연의 열 배 가까이 리튬을 담습니다. 문제는 리튬이 들어올 때 실리콘이 크게 부푼다는 것, 그 답은 구멍 뚫린 탄소 알갱이와 반도체 공장과 같은 실란 가스였습니다.
- 실리콘 이론 용량 약 3,579 mAh/g, 흑연 372 mAh/g — 약 9.6배(이론값)
- 테슬라 2020년 배터리데이: 실리콘으로 주행거리 20% 늘리겠다는 발표(계획)
- 충전 때 리튬이 들어오면 실리콘 부피가 최대 300% 증가
- 부풀고 줄기를 되풀이하면 배터리 수명이 짧아짐
- 구멍 많은 탄소 알갱이 속에 실란 가스를 흘려 데우면 실리콘만 쌓임
- 남겨 둔 빈 구멍이 실리콘이 부풀 자리
- 반도체 공장도 같은 실란 가스로 웨이퍼 위에 실리콘 막을 입힘(약 575~650 °C, 저압)
- 새 로드스터 셀의 실리콘 함량은 아직 공개 전
- 실리콘은 리튬을 많이 담지만 그만큼 부풀어 수명이 깎입니다.
- 탄소 알갱이의 구멍 안에 실리콘을 얇게 쌓고 빈 자리를 남겨 두면, 부푸는 몫을 구멍이 받아 줍니다.
- 칩은 평평한 웨이퍼 위에, 배터리는 알갱이 속 구멍에 — 같은 실란 가스, 다른 그릇입니다.
용어 정리
- 음극: 충전할 때 리튬 이온이 들어가 머무는 전극입니다. 보통 구리 박 위에 흑연 알갱이를 발라 만듭니다. 여기에 실리콘을 섞거나 바꾸면 담을 수 있는 리튬 양이 늘어납니다.
- 이론 용량: 재료 1그램이 담을 수 있는 리튬 양을 계산한 최대치입니다. 실제 셀에서는 다른 재료와 섞여 이보다 낮아집니다. 영상의 9.6배는 이 이론값끼리 나눈 숫자입니다.
- 다공성 탄소: 속에 작은 구멍이 아주 많이 뚫린 탄소 알갱이입니다. 구멍이 실리콘을 담는 그릇이 되고, 남은 빈 공간이 실리콘이 부풀 자리가 됩니다.
- 실란(SiH4): 실리콘 원자 하나에 수소 넷이 붙은 가스입니다. 데우면 분해되어 실리콘은 표면에 쌓이고 수소는 빠져나갑니다.
- LPCVD(저압 화학기상증착): 낮은 압력의 뜨거운 관 속에서 가스를 분해해 웨이퍼 위에 막을 입히는 반도체 공정입니다. 폴리실리콘 막은 트랜지스터 게이트 전극과 짧은 배선에 쓰입니다.
다음 질문: 구멍 속 실리콘이 실제 충전에서 얼마나 오래 버틸까요?
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※ 투자 권유가 아닌 기술 설명입니다.
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실리콘을 구멍 속에 넣는 이유는 용량보다 수명 때문입니다.
충전 때 실리콘은 최대 300%까지 부풀고, 이를 되풀이하면 금이 가 배터리가 빨리 닳습니다.
탄소 알갱이의 구멍을 다 채우지 않고 남겨 두면, 그 빈 공간이 팽창을 여러 작은 자리로 나눠 받아 줍니다.
반도체 공장은 같은 실란을 약 575~650 °C, 저압에서 분해해 폴리실리콘 막을 입힙니다.
새 로드스터 셀의 음극 재료는 아직 공식 발표가 없습니다.
