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다른 전지에 비해 안정성이 떨어지는 편이라 과방전 시 용량 감소가 매우 크고, 과충전 시에는 매우 불안정해져서 내부 전극에서 쇼트가 나거나 축전지에 충격을 주면 폭발할 수 있습니다. 즉, 리튬이온 배터리는 폭발 위험이라는 치명적인 단점이 있는 것입니다.
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갤럭시 노트 7 배터리 폭발 사건은 충격적인 이슈였었는데요. 위험 천만한 것으로 보이는 리튬이온배터리는 왜 여전히 여러 휴대용기기에서 아직까지 사용되고 있는 걸까요? 더군다나 배터리의 수명을 늘리려면 완전 방전 후 충전해야 하는지, 틈틈이 충전해야 하는지도 헷갈리는데요. 백만돌이 에너자이저부터 니켈 카드뮴, 리튬이온배터리와 삼성SDI와 LG에너지솔루션이 펼치는 음극재 전쟁까지 1차전지는 할 수 없는 2차전지의 대표주자 리튬이온전지에 대해 한방에 알아보시죠!
#리튬이온배터리 #2차전지 #음극재
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Edited by 이지호
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오늘유한회사
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Date Published: 10/23/2022
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화재 없고 가벼운 차세대 배터리가 몰려온다 – Sciencetimes
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장점과 단점이 있는 리튬 이온 배터리의 장단점
방전율: 리튬 이온 배터리는 방전율이 낮아 매월 저장되거나 누적된 충전량의 5%만 손실됩니다. 따라서 더 강력하고 안정적인 충전 기능을 제공하므로 두 …
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Date Published: 11/3/2022
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리튬이온배터리 대체할 나트륨-반고체 배터리가 온다
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리튬이온전지의 기본적인 문제점
리튬이온 2차 전지(lithium-ion rechargeable battery)는 높은 에너지 밀. 도로 인해서 지난 20여년에 걸쳐 가장 주목 받는 전기에너지 저장장치. 중 하나가 되었다.
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리튬 이온 배터리는 에너지 밀도가 높습니다. … 납축전지와 리튬이온전지의 비교. … 납산이 에너지 밀도 면에서 단점이 있다고 주장할 수는 없지만 사실 납산 …
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Source: www.bbc.com
Date Published: 8/11/2021
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데이터 센터에 사용되는 리튬 이온 배터리의 장점과 단점
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Source: www.deltapowersolutions.com
Date Published: 7/13/2021
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주제에 대한 기사 평가 리튬 이온 배터리 단점
- Author: 안될공학 – IT 테크 신기술
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- Date Published: 2022. 6. 10.
- Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=no1jvntNvKY
화재 없고 가벼운 차세대 배터리가 몰려온다 – Sciencetimes
현재 산업 현장에서 사용되고 있는 배터리는 대부분 리튬이온을 소재로 제조되고 있다. 하지만 리튬이온을 사용하는 방식의 배터리는 뛰어난 효율에도 불구하고 화재에 따른 폭발 위험성을 갖고 있다거나 너무 무거운 무게가 단점으로 지적되어 왔다.
따라서 리튬이온 배터리 이후 등장할 차세대 배터리들은 모두 화재가 발생할 수 있는 가능성을 최소화하거나 최대한 무게를 줄여 가볍게 만드는 방식으로 개발되고 있는데, 대표적으로는 레독스플로우(redox flow) 배터리와 리튬에어(lithium air) 배터리를 꼽을 수 있다.
전해질 이동 방식의 차이로 화재 원천적 방지
레독스플로우 배터리는 리튬이온 배터리와 마찬가지로 전기에너지를 화학에너지의 형태로 변환하여 저장한다는 점에서 공통점이 있는 2차전지다. 차이라면 전해질이 이동하는 방법이 다르다는 점이다.
리튬이온 배터리는 충전 과정에서 발생한 리튬이온이 전해질이라는 액체를 통해 양극에서 음극으로 이동한다. 문제는 전해질 안에서 양극과 음극을 막는 막이 여러 가지 이유로 찢어지게 되면 불이 날 수도 있다는 점이다. 이 때문에 액체 대신 고체 형태의 전해질을 쓰는 방식인 전고체 배터리 연구가 활발히 진행되고 있다.
반면에 레독스플로우 배터리는 전해질이 2개의 저장탱크에 나뉘어 저장되도록 설계되어 있다. 각각의 전해질에는 서로 다른 금속이온이 녹아있어서 양극과 음극이 접촉할 일이 없기 때문에 화재가 발생할 가능성을 원천적으로 차단할 수 있다.
플로우배터리에 사용하는 금속이온의 종류는 다양하지만, 바나듐 이온을 이용한 ‘바나듐 레독스플로우 배터리’가 대표적이다. 원자번호 23번인 바나듐(vanadium)은 희소금속으로서 강철에 소량만 첨가해도 강도가 높아져 철강 산업에서 많이 활용되고 있다.
바나듐 이온을 이용한 레독스플로우 배터리의 가장 큰 장점은 리튬이온 배터리보다 인화성과 화학 반응성의 위험도가 낮아 안정성이 상대적으로 높다는 점이다. 특히 전해질은 유기용매가 아닌 물을 이용한 수계(水系) 전해질인 만큼, 화재 및 폭발 가능성이 현저하게 낮다.
또 다른 바나듐 레독스플로우 배터리의 장점으로는 리튬이온 배터리보다 약 2배 이상 높은 수명을 들 수 있다. 비록 실험 과정에서 확보한 성능이지만, 대략 20여 년 이상을 교체하지 않아도 되는 것으로 드러나 거의 반영구적으로 사용할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.
이렇게 반영구적으로 사용할 수 있으면서도 재사용까지 할 수 있다는 것은 바나듐 레독스플로우 배터리만이 가진 엄청난 장점이다. 오랜 기간을 사용할 수 있으면서도 재사용까지 가능하므로 바나듐 레독스플로우 배터리는 친환경 배터리의 모델이라 할 수 있다.
바나듐 레독스플로우 배터리의 마지막 장점으로는 저장탱크를 따로 설계할 수 있어서 에너지저장시스템(ESS) 같은 대규모 배터리 제작도 용이하다는 점이다. 리튬이온 배터리 같은 경우 용량을 증가시키는데 있어 한계가 있지만, 다면, VRFB는 저장탱크에 전해액을 추가하기만 하면 저장 용량이 증가하게 되므로, 대용량화가 비교적 용이한 편이다.
이처럼 바나듐 레독스플로우 배터리는 장점이 많은 2차전지이지만, 아직 상용화가 이뤄지지 못하고 있는 이유는 몇 가지 단점이 있기 때문이다. 리튬이온 배터리보다 충전 및 방전 출력 및 속도 등 효율이 낮고, 특정 온도 범위에 따라서 바나듐 이온의 석출이 일어나는 등 안정성이 아직은 낮은 편이다.
또 다른 단점으로는 상대적으로 많은 공간을 차지한다는 점이다. 리튬이온 배터리는 에너지 밀도가 높아서 설치 공간을 작게 할 수 있는 반면에, 바나듐 레독스플로우 배터리는 비교적 에너지 밀도가 낮아서 저장탱크 설치시 많은 공간이 필요하다.
산소를 활용하여 가볍고 친환경적인 배터리
레독스플로우 배터리가 기존의 리튬이온 배터리와 상반된 개념의 2차전지라면, 리튬에어 배터리는 리튬이온 배터리의 단점을 보완한 2차전지라고 할 수 있다. 특히 배터리의 양극에서 반응에 관여하는 물질로 산소를 사용하는 덕분에 배터리 무게가 기존 2차전지들보다 가볍고 친환경적이라는 장점이 있다
리튬에어 배터리의 핵심 성능을 꼽자면 리튬과 산소의 화학반응을 통해 에너지 효율을 획기적으로 높인 점을 들 수 있다. 리튬을 이용하는 2차전지 중에서 리튬황 배터리처럼 음극은 리튬 금속을 사용하고 양극은 공기 중 산소와 반응하도록 설계되었다.
리튬에어 배터리의 에너지 효율이 획기적으로 높은 이유는 리튬이온 배터리보다 에너지 밀도가 높기 때문이다. 가령 리튬이온 배터리로 10분 정도 작동하는 장난감에 리튬에어 배터리를 장착한다면, 50분 이상 작동하는 것을 볼 수 있다.
또한, 충전 및 방전 과정에서 산화물의 결합과 분해를 통해 에너지를 생성하기 때문에 리튬이온 배터리보다 에너지 출력은 2배 정도 높고, 시간당 에너지 생성 비용은 5배 정도 낮다는 것이 전문가의 설명이다.
이 외에도 구조가 단순하고 가볍기 때문에 드론이나 로봇, 또는 모빌리티 분야와 전자기기 분야로의 확장 또한 용이할 것으로 업계는 기대하고 있다.
여기에다 리튬이온 배터리와 다르게 전력을 생산하기 위해 금속 산화물이 필요하지 않고 공기 중 널리 퍼져있는 산소를 사용하기 때문에 경제성이 뛰어난 점은 리튬에어 배터리의 상용화 가능성을 밝게 만들어주고 있다.
물론 장점만 있는 것은 아니다. 사용하는 방전 과정에서 나오는 활성산소는 문제점으로 꼽힌다. 활성산소는 배터리 용량을 떨어뜨리고 수명도 감소시키기 때문에 이를 억제해야만 상용화 문제가 해결될 것으로 전망되고 있다.
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장점과 단점이 있는 리튬 이온 배터리의 장단점
장점과 단점이 있는 리튬 이온 배터리의 장단점
리튬 이온 배터리 XNUMX년 이상 수요와 생산이 이루어진 최고의 충전식 배터리 중 하나입니다. 에너지 밀도가 높기 때문에 더 좋고 강력한 선택입니다. 이전에 유명한 니켈 카드뮴 것들과 비교하면 사실입니다.
오늘날 중국에 기반을 둔 JBBATTERY는 리튬 이온 배터리의 선도적인 개발 및 생산업체입니다. 이 기사에서이 제품의 세부 사항을 살펴 보겠습니다.
리튬 이온 배터리는 무엇을 구성합니까?
네 가지 주요 구성 요소는 리튬 이온 배터리로 구성됩니다. 첫째, 제품의 전압과 용량을 결정하는 음극이 있습니다. 그것은 양전하를 띤 리튬 이온의 근원이자 근원으로 작용합니다. 그런 다음 외부 회로를 통해 배터리를 통해 전류가 흐르도록 하고 허용하는 양극이 있습니다. 배터리가 완전히 충전된 상태일 때 리튬 이온은 여기에 저장된 상태로 유지됩니다.
리튬 이온 배터리의 세 번째 구성 요소는 전해질입니다. 그것은 용매, 염 및 첨가제로 구성됩니다. 전해질은 매질 역할을 하여 이온이 양극과 음극 사이를 이동할 수 있도록 합니다.
마지막으로 배터리에는 분리기가 있습니다. 그것은 두 개의 충전된 전극 사이의 물리적 장벽처럼 작동하여 서로를 유지합니다.
리튬 이온 배터리의 장점
리튬 이온 배터리에는 다음과 같은 몇 가지 이점이 있으며 그 중 일부는 다음과 같은 이점이 있습니다.
• 에너지: 리튬 이온 배터리는 동종 배터리에 비해 에너지 밀도가 높습니다. 그들은 킬로그램당 150와트시의 높은 에너지를 제공할 수 있습니다. 반면에 니켈-카드뮴 배터리는 약 60-70WH/kg을 제공하고 납산 배터리는 25WH/kg만 제공합니다.
• 방전율: 리튬 이온 배터리는 방전율이 낮아 매월 저장되거나 누적된 충전량의 5%만 손실됩니다. 따라서 더 강력하고 안정적인 충전 기능을 제공하므로 두 개의 연속 충전 시간 사이에 더 오랜 시간 동안 사용할 수 있습니다. 다른 유사한 제품은 한 달에 최대 20%의 손실을 보게 됩니다.
• 유지 관리: 리튬 이온 배터리는 최소한의 유지 관리로 작동할 수 있습니다. 빈번하고 추가 유지 보수 및 프라이밍이 필요하지 않습니다.
• 유형: 다양한 종류와 크기로 제공되며, 리튬 이온 배터리 여러 응용 프로그램을 편리하고 효율적으로 찾을 수 있습니다. 또한 다양한 유형의 장치에 적합한 다양한 전력 요구 사항이 있습니다.
• 셀 전압: 리튬 이온 배터리는 셀당 약 3.6V의 전압을 생성할 수 있습니다. 1.5-2볼트만 주는 다른 유형에 비해 합리적으로 높습니다. 리튬 이온 배터리의 전력 관리가 더 우수하고 단순화되었음을 의미합니다.
리튬 이온 배터리의 단점
리튬 이온 배터리는 다른 모든 것과 마찬가지로 단점이 있습니다. 구성:
• 가연성: 리튬 이온 배터리에 사용되는 전해질은 가연성입니다. 과열되면 소규모 화재로 이어질 수 있습니다.
• 보호: 리튬 이온 배터리는 다른 충전식 배터리보다 상대적으로 덜 견고합니다. 따라서 과충전, 과열 및 완전 방전으로부터 보호해야 합니다. 전류와 전압을 안전한 표준과 한계 내에서 유지하려면 차폐 회로가 필요합니다.
• 비싸다: 리튬 이온 배터리는 생산 및 제조 비용이 더 많이 들기 때문에 니켈 카드뮴 배터리보다 거의 40% 더 비쌉니다.
• 노화: 다른 종류의 배터리보다 오래 지속되지만 리튬 이온 배터리의 수명은 유한합니다. 그들은 약 500-1000번의 충전 및 방전 주기 동안 사용을 견딜 수 있습니다. 배터리는 사용하지 않을 때도 노화가 진행됩니다.
리튬 이온 배터리는 단점으로 인해 바닷물로 구동되는 배터리와 경쟁을 하고 있습니다.
에 대한 자세한 내용은 리튬 이온 배터리의 장단점, 당신은 JB 배터리를 방문 할 수 있습니다 https://www.jbbatterychina.com/china-72v-100ah-lifepo4-battery-pack-technology-overview.html 자세한 정보입니다.
기술 보고서
VRLA(Valve-Regulated Lead-Acid) 배터리는 무정전 전원공급장치의 3상 전원에 흔히 사용된다. 이 배터리는 무겁고 크기 때문에 데이터 센터에서 이 배터리를 사용하려면 강화된 지지 구조가 필요하다. 또한 VRLA 배터리의 성능 특성은 온도에 따라 달라지며, 이로 인해 공조 계통의 부하가 증가하게 된다. VRLA 배터리는 특별히 내구성이 뛰어나지 않으며 정기적으로 교체를 해야 하므로 운영비 역시 증가하게 된다.
지금까지 VRLA 배터리에 대한 경제적으로 실용적인 대안은 없었기 때문에 설계 기술자들은 이러한 VRLA 배터리의 단점을 감내해야 했다. 하지만 리튬-이온 배터리 덕분에 최근에는 상황이 변하였다. 지금까지는 가격, 에너지, 용량, 안전성, 신뢰성 사이에서 합리적인 균형을 찾을 수 없었기 때문에 데이터 센터의 무정전 전원공급 시스템에서 리튬-이온 배터리를 사용하는 것은 가능하지 않았다. 하지만 전기차 분야에서 이룩한 발전 덕분에 이러한 문제가 해결되었다. 2016년에는 리튬-이온 배터리에 의해 전원을 공급받는 최초의 무정전 전원공급 시스템이 시장을 강타하였다. 현재 업계의 선두주자들은 모두 이러한 시스템을 공급하고 있으며, 오늘날 이 방식은 가장 유망한 것으로 간주되고 있다. 블룸버그의 뉴 에너지 파이낸스(New Energy Finance) 보고서에 따르면 2025년까지 리튬-이온 솔루션은 데이터 센터에서 사용되는 시중의 UPS 중 40%를 차지할 것으로 예상된다.
리튬이온 배터리의 장점
가전제품을 제조하는 기업들은 대개 수 암페어시의 용량을 가지고 있는 리튬-이온 코발트 배터리를 사용한다. 이 무정전 전원공급 시스템에는 직사각형의 리튬 망간 셀이 적용된다. 이것의 설치 용량은 60 암페어시(ampere hours)로서, 이 배터리는 사용 수명이 훨씬 더 길며 뛰어난 장애 보호(failure protection) 기능을 갖추고 있다. 각각의 모듈(때로는 각각의 셀)은 온도, 전압, 전류와 같은 주요 성능 파라미터를 모니터링하는 역할을 한다. 때때로 배전함이나 심지어 전체 시스템이 이러한 모니터링 과정을 맡을 수도 있다. 배터리의 충전 및 방전 과정을 완전하게 제어함으로써 치명적인 발열이나 비가역적인 화학적 변성이 일어나는 것을 방지하기 위해서는 배터리의 모니터링이 필요하다. 리튬-이온 배터리는 기존 배터리보다 더 높은 에너지 밀도(Wh/kg)와 더 높은 출력 밀도(W/kg)를 가지고 있다. 비슷한 에너지 저장 용량에서 이 배터리는 기존의 납축전지보다 약 3 배 더 가볍기 때문에, 이 배터리를 사용하면 시스템의 총 중량을 약 60-80% 감소시키는데 도움이 된다.
최근에 데이터 센터는 공간이 제한되어 있으며 더 효율적인 운용이 요구되는 상황에서 전력 밀도를 증가시키기 위해 노력하였다. 가용 공간의 더 효율적인 사용은 데이터 센터의 소유자들에게 가장 중요한 과제 중 하나이다. 소형의 리튬-이온 배터리는 무정전 전원공급 시스템이 차지하는 공간을 50-80% 정도 감소시켜 준다. 또한 이 배터리는 충전에 더 적은 시간이 필요하고 자기 방전률이 더 낮으며, 이와 같은 특성들은 잦은 정전이 발생하는 경우에 특히 중요하다. 시스템이 유휴상태일 때 리튬-이온 배터리는 한 달에 충전량의 약 1-2% 정도를 방전한다. 이 배터리의 가장 중요한 장점은 긴 사용 수명이다. 납축전지의 수명은 상당히 짧은 편으로서 3 ~ 6 년 정도이다. 하지만 리튬-이온 배터리는 약 10년 정도 사용할 수 있다. 화학, 기술, 온도 등의 조건에 따라 이 배터리는 최대 5,000 배터리 사이클의 충전 효율을 제공할 수 있으며 번거로운 유지보수가 필요 없다. 이에 반해 납축전지의 평균 충전 효율은 약 700 사이클에 불과하다.
10년(데이터 센터의UPS의 평균 수명)의 기간 동안의 총 소유비용(TCO)은 납축전지를 사용할 경우에 비하여 39% 감소된다. 별다른 문제없이 리튬-이온 배터리가 제대로 활용된다면 10 % 이상의 절약이 보장된다. 하지만 리튬-이온 배터리는 단 한가지 중대한 결점을 가지고 있다. 그것은 초기 투자비용이 매우 높다는 것이다. 이러한 높은 초기 투자비용 때문에 이러한 새로운 솔루션의 도입에서는 대규모 데이터 센터들이 개척자가 될 수밖에 없다. 이러한 시설들에게는 총 소유 비용을(TCO)을 감소시키는 것이 단기적인 이익을 얻는 것보다 훨씬 더 중요하며, 이러한 경우에는 적은 비율의 금전적 절약만으로도 큰 도움이 된다. 또한 작은 배터리 크기 덕분에 가용 공간을 더 효율적으로 사용할 수 있으며, 신뢰성 높은 모니터링 시스템은 더 뛰어난 안전성과 안정적 성능을 보장한다. 리튬-이온 배터리는 에너지 저장 용량을 희생하지 않고도 VRLA보다 더 높은 온도에서 작동할 수 있으므로, 냉각 시스템의 부하를 감소시킬 수 있다. 물론 리튬 이온 배터리가 장착된 단상 UPS도 있다. 가장 큰 규모의 데이터 센터부터 시작하여 산업적 용도, 소규모 서버 룸, 그리고 개인 서버 랙까지 다양한 응용 분야를 위한 모델이 제공된다.
교체의 편의성
결국 모든 최종 고객들이 궁금해하는 가장 중요한 의문은 “지금이 무정전 전원공급 시스템을 리튬-이온 배터리로 업그레이드할 적기인가?”이다. 이러한 의문에 답하기 위해서 고려해야 할 첫 번째 사항은 배터리 사용의 기술적인 가능성이다. 새로운 배터리들을 모든 UPS 모델에 사용할 수 있는 것이 아니며 중요한 하드웨어 및 내장 소프트웨어 업그레이드가 필요할 수도 있다. 동일한 공칭 전압에서도 배터리 충전 및 방전 특성은 서로 다를 것이다.
데이터 센터의 일반적인 UPS 시스템의 예상 수명은 대개 10-15 년이다. 납축전지는 3-6년 동안 작동되는 반면에 리튬-이온 배터리는 10년 또는 그 이상의 기간동안 지속된다. UPS 시스템의 사용 초반에는 (즉 가동된 때로부터 5년 미만) 대개 납축전지의 상당 부분을 교체하는 것이 유용할 것이다. 하지만 리튬-이온 배터리의 수명은 UPS 시스템의 수명이 거의 다하는 날까지 지속될 가능성이 높다. 무정전 전원 시스템의 사용 수명이 거의 중간 정도에 다다른 경우에는 배터리 사용 수명이 시스템 수명보다 더 길어질 수도 있으며, 이러한 경우에는 대부분 배터리를 교체하는 것이 합리적이지 않다. 사용 수명의 막바지에 다다르면 전체 UPS 시스템을 새로운 리튬-이온 배터리 솔루션으로 교체하는 것을 고려해 보아야 한다. 하지만 오래된 UPS 시스템조차도 값비싼 배터리를 설치하는 것이 상책일 수도 있다. 따라서 배터리 가격의 꾸준한 하락세를 고려할 뿐만 아니라 오래된 시스템의 유지보수 비용과 시스템의 전체 교체 비용을 비교하여 따져보아야 한다.
예측 및 전망
리튬-이온 배터리를 통해 전력을 공급받는 UPS 시스템에서는 운영비와 총 소유비용이 감소되기는 하지만, 많은 고객들이 여전히 VRLA-time-tested solution을 사용한다. 그 이유는 특히 리튬-이온 배터리의 사용이 장기적인 관점에서만 이익이 되기 때문이라고 설명할 수 있다. 하지만 이것은 자본 비용을 크게 증가시킨다. 어찌됐든 해가 갈수록 혁신에 대한 고객의 관심은 높아지고 있으며 앞으로도 계속 높아질 것이다. 대규모 데이터 센터의 경우에는 리튬-이온 배터리를 통한 절약의 규모가 막대할 수 있으므로, 기업의 리튬-이온 배터리 시스템 사용은 점점 더 증가할 것이다. 그리고 리튬-이온 화학기술 역시 계속 발전하고 있다. 시간이 갈수록 새로운 솔루션과 기술이 출현할 것이며 리튬-이온 배터리의 가격은 더욱 낮아질 것이다.
▼ 데이터 센터에서 사용되는 배터리 구성의 예: VRLA 배터리 vs Li-ion 배터리
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