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ⓒ클립아트코리아

 

 

IoT, 사물에 생명력을 불어넣다!

4차 산업혁명 시대의 핵심 성장 동력이라고 할 수 있는 사물인터넷(IoT)은 말 그대로 ‘사물+인터넷’이라고 볼 수 있는데요! 전자기기, 가전제품, 가구 등 우리가 평소에 자주 사용하고 흔히 볼 수 있는 수많은 사물에 인터넷 및 센서를 연결하여 사람의 개입 없이 사물 스스로 정보를 생성하고 공유할 수 있도록 하는 기술입니다. 마치 영화 ‘미녀와 야수’에서 시계, 옷장, 먼지떨이 등이 서로 대화하고 움직이는 것처럼 사물들끼리 소통하고 스스로를 제어할 수 있게 된 시대가 온 것이죠.

 

 

ⓒ픽사베이

 

 

IoT 기술은 이미 우리 생활 전반에 많은 비중을 차지하고 있습니다. 대표적인 IoT 접목 기술로는 ‘스마트 홈’이 있죠. 스마트 홈은 IoT를 기반으로 집안의 모든 장치를 통신망으로 연결하여 다양한 자동화 서비스를 제공하는 기술을 말합니다. 언제 어디서든 스마트폰 또는 스마트워치 하나로 집안의 전구를 끄고 켤 수 있고, 집 안에 있는 모든 전자기기를 제어할 수 있게 되었죠. 또한 ‘스마트 플러그’를 이용하면 낭비전력, 대기전력을 스스로 관리하여 전기요금을 절약할 수도 있습니다. 그뿐만 아니라 웨어러블 디바이스, 자동차, 헬스케어 장치 등 IoT는 정말 다양한 분야에서 융합되어 적용되고 있습니다.

 

IoT가 아닌 BoT는 무엇일까?

그런데 스마트워치, 스마트밴드 등 IoT 기술을 접목한 사물들은 대부분 무선이죠! 따라서 이러한 IoT를 활용한 기기들에는 배터리가 필수적으로 필요합니다. 그러면서 새로 주목받기 시작한 것이 바로 사물배터리, BoT입니다.

 

 

ⓒ픽사베이

 

 

사물배터리(BoT)란 사물인터넷(IoT)이 인터넷 통신망으로 사물들이 연결되는 것과 같이 배터리가 에너지원이 되어 사물들이 연결되는 것을 말합니다. 우리 주변의 사물들에 배터리가 장착되고 있다는 것이죠. 언제 어디서나 자유롭게 정보를 공유하고 사용하기 위해서는 오래 사용할 수 있고 가벼우며 휴대하기 편리해야 합니다. 따라서 배터리의 성능, 휴대성, 안정성, 효율성 등이 중요할 수밖에 없게 되었고, 이에 따라 배터리 개발 기술이 주목받고 있는 것입니다. 사물들이 인터넷에 연결되는 사물인터넷 시대를 넘어 배터리에 연결되는 사물배터리 시대가 등장하기 시작한 것이죠.

 

2차전지의 발전과정: ‘납축전지’에서 ‘리튬이온전지’까지

사물배터리에서 말하는 배터리는 어떤 것일까요? 배터리, 즉 전지는 크게 1차 전지와 2차 전지로 나뉩니다. 1차 전지는 캔 속의 용량이 다 소진되면 버리는 전지입니다. AA, AAA와 같이 시중에서 쉽게 구입할 수 있는 전지이죠. 사물배터리에서의 전지는 1차 전지가 아닌 충전으로 반복 사용이 가능한 2차 전지를 말합니다.

 

 

ⓒ유유리

 

 

최초의 2차 전지는 1859년 프랑스에서 발명된 ‘납축전지’인데요. 납축전지는 납과 황산을 이용한 2차 전지로, 주로 일반 자동차 배터리에 사용되는 전지입니다. 가격 대비 성능은 뛰어나지만, 너무 무겁고 소형으로는 사용하기 어려웠습니다. 이를 보완하여 1899년 스웨덴에서 ‘니켈-카드뮴 전지’가 개발되었습니다. 말 그대로 니켈과 카드뮴을 이용한 전지로, 납축전지보다 가벼워 소형으로 사용할 수 있지만 비싼 가격과 카드뮴(중금속)의 환경오염 문제로 현재는 거의 사용되고 있지 않은 전지입니다. 이후 2차 전지에 대한 과학자들의 수많은 연구가 이루어졌는데요. 1976년, 드디어 오늘날 2차 전지로 가장 많이 사용되고 있는 ‘리튬이온전지’가 개발됩니다. 리튬은 모든 금속 중 가장 가벼운 금속이며, 전자를 잃는 성질이 가장 강한 원소로 반응성이 뛰어나기 때문에 이온화가 잘되는 장점이 있습니다. 처음에는 안정성과 안전성 면에서 한계가 있었지만, 이를 극복하기 위해 음극을 리튬-코발트산화물로 대체하고, 전압을 2V에서 4V로 고전압 화하였으며, 음극의 리튬금속을 석유코크스로 대체하면서 문제들을 해결했습니다. 가볍고 성능이 좋은 리튬이온 전지를 사용할 수 있게 됨으로써 휴대성을 극대화하는 시대를 여는 데 성공하게 되었죠.

 

한전의 ‘망간 배터리’ 개발

 

ⓒ한국전력

 

 

한전은 2017년부터 진행한 3년간의 연구 끝에 지난 5월 국내 최초로 리튬 대신 망간을 이용한 차세대 이차전지 개발에 성공했습니다. 망간은 지구에서 12번째로 풍부한 원소로 상대적으로 비용이 저렴합니다. 그러나 리튬은 남미 일부 지역에만 존재하여 수급이 불안정하고 가격 상승의 우려가 크죠. 그 때문에 한전이 개발한 차세대 이차전지, ‘망간 배터리’는 기존 리튬이온 전지의 절반에 불과한 비용으로 생산할 수 있습니다. 또한, 불이 붙지 않는 수용액을 전해질로 사용했기 때문에 안전성 면에서도 인화성 유기물을 전해질로 사용하는 리튬이온 전지보다 뛰어납니다. 또한, 신재생에너지의 확대를 위해서는 대용량 에너지저장장치(ESS)의 구축이 필수적인데, 이 망간 배터리를 활용하면 ESS 구축비용을 기존보다 절반 수준으로 절감할 수 있어 신재생에너지 확대에 큰 도움이 될 것이라고 하니 정말 주목할 만한 배터리이죠?

 

이렇게 사물배터리의 시대가 도래한 만큼 배터리에 관한 연구와 개발은 끊임없이 이루어지고 있습니다. 앞으로 어떤 사물에 배터리가 어떻게 활용될지, 그리고 얼마나 더 다양하고 효율적인 배터리들이 개발될지 기대됩니다!

 

 

 


 

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  • 신입사원 2020.08.05 22:18
    전기세?????
  • KEPCO 2020.08.24 11:20
    니켈 메탈수소(Ni-MH) 배터리도 아직까지 쓰이는 중요한 2차전지 중 하나인데 빠져있네요.

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