양자 기술을 사용하여 반도체를 이용한 배터리 설계하려는 IBM계획
양자 기술을 사용하여 반도체를 이용한 배터리 설계하려는 IBM계획
  • 서정만 기자
  • 승인 2020.02.14 16:48
  • 댓글 0
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[퓨처타임즈=서정만 기자] 양자 기술을 사용하여 반도체를 이용한 배터리를 설계하려는 IBM의 계획. 이는 IBM의 양자 프로세서가 더욱 강력해짐에 따라 배터리 설계에서 근본적인 발전을 이룰 수 있음을 시사한다. 얼마나 빨리 그렇게 될지 불확실하지만, 기후 위기를 해결하기 위해 배터리 혁신에 투자하고 있다면 IBM이 선상에 있다는 것은 좋은 소식이다.

이미지 출처: IBM Research
이미지 출처: IBM Research

배터리는 운송 및 그리드 모두를 탈탄 소화하는데 핵심적인 요소이지만 오늘날의 기술은 이 약속을 지키기까지 아직 먼 여정이다. IBM은 컴퓨팅 문제가 문제 해결의 열쇠라고 결정한 것 같다.

 

리튬-이온 배터리는 여전히 이 분야의 표준 기술이며 먼 길을 왔다. 10년 전만 해도 하루 종일 iPod을 사용할 수 있었지만 오늘날에는 수백 마일 이상의 고성능 자동차에 전력을 공급할 수 있다.

 

그러나 배터리가 휘발유를 능가하거나 엄청난 양의 태양 에너지를 저장할 수 있는 지점에 도달하려면 몇 가지 혁신이 필요하다. 따라서 IBM은 메르스데스벤츠(Mercedes-Benz) 및 모회사인 Daimler와 협력하여 우리의 요구에 맞는 새 배터리를 개발했다.

 

지난 주 연례 CES(Consumer Electronics Show)에서 IBM의 양자컴퓨터가 어떻게 최첨단 고체 배터리를 설계할 수 있는지 보여주는 개념 증명을 시연했다. 작년 말에 그들은 바다에서 추출할 수 있는 재료로 만든 새로운 배터리를 선전했다.

 

후자의 돌파구는 일부 회의론에 부딪혔다. 왜냐하면 회사는 공개된 연구보다는 블로그 포스트를 통해 발표하기로 결정했기 때문이다. 그러나 배터리의 정확한 구성에 대한 중요한 세부 사항은 제외되었지만 청구된 사양은 인상적이다.

 

IBM은 이 배터리는 저렴한 가격, 더 빠른 충전 시간, 더 높은 전력 및 에너지 밀도, 에너지 효율 및 낮은 가연성을 포함하여 다양한 특성에 최적화 될 수 있는 세 가지 새로운 재료 (공개되지 않은)를 결합했다고 밝혔다.

 

고출력으로 구성하면 단 5분만에 80%까지 충전할 수 있으므로 가스 탱크를 채우는 것만큼 간단하게 전기 자동차를 충전할 수 있다. 또한 최신 리튬 이온 배터리의 에너지 밀도와 일치할 수 있지만 전력 밀도 측면에서 성능이 뛰어나므로 큰 전력 버스트가 필요한 전기 비행기와 같은 애플리케이션에 중요하다. 긴 수명주기를 위해 화학 물질을 조정할 수도 있는데, 이는 그리드 스토리지에 중요하다.

 

IBM은 대부분의 기존 배터리와 달리 이 새로운 디자인에는 니켈이나 코발트와 같은 환경에 유해한 방법으로 추출되고 종종 의심스러운 작업조건 하에서 추출되는 중금속이 포함되어 있지 않다는 점을 강조했다. 연구원들은 해수에서 재료를 추출할 수 있지만 새로운 기술의 개발이 필요할 수 있다고 말한다.

 

연구원들은 IEEE Spectrum에 메르세데스벤츠(Mercedes-Benz) R&D 북미, 일본 화학 회사인 Central Glass 및 배터리 스타트 업 Sidus와 협력하여 배터리 개발을 시작하여 1-2년 안에 결실을 맺을 수 있다고 말했다.

 

이것이 IBM이 독일 자동차 제조업체와 맺은 유일한 협업은 아니다. IBM과 Daimler의 과학자들은 컴퓨팅 대기업의 양자 컴퓨터를 사용하여 리튬-황 배터리 작동에서 형성될 수 있는 세 분자의 특성을 조사하기 위해 힘을 합쳤다.

 

이 배터리 화학은 리튬 이온 기술보다 더 강력하고 오래 지속되며 저렴할 뿐만 아니라 이론적으로 더 가볍고 컴팩트한 고체 배터리를 만들 수 있다. 그러나 이 단계에서는 여전히 실험중이며 모든 구성 요소가 어떻게 상호 작용하는지에 대한 많은 미스터리가 있다.

 

세 분자를 시뮬레이트 하면 그들의 행동이 에너지 저장 및 방전과 같은 중요한 특성에 어떻게 영향을 미치는지 더 잘 이해하는데 도움이 되지만 엄청난 양의 컴퓨팅 성능이 필요할 수 있다. 양자컴퓨터는 이러한 종류의 시뮬레이션을 훨씬 더 효율적으로 수행할 수 있다.

 

그러나 이 연구는 배터리 설계의 획기적인 것보다 개념 증명에 더 가깝다고 연구자들은 블로그 포스트에서 시뮬레이션이 양자 컴퓨터와 고전 컴퓨터 모두에서 실행되고 비교 되었기 때문에 블로그 게시물에서 밝혔다. 양자 시뮬레이션은 호의적으로 나타났다. 이는 IBM의 양자 프로세서가 더욱 강력해짐에 따라 배터리 설계에서 근본적인 발전을 이룰 수 있음을 시사한다.

 

얼마나 빨리 그렇게 될지 불확실하지만, 기후 위기를 해결하기 위해 배터리 혁신에 투자하고 있다면 빅 블루(IBM의 별명)가 선상에 있다는 것은 좋은 소식이다.


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