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ⓒ클립아트코리아

 

전기차에 대한 수요가 급증하면서 관련된 배터리에 관한 관심도 높아졌는데요. 프랑스 일간지 르 몽드는 전 세계 자동차 시장점유율이 2020년 7%에서 2030년 48%까지 증가할 것으로 예측했습니다. 그에 따라 전기차에 사용되는 배터리의 흐름도 머지않아 바뀔 것으로 보입니다.

 

전고체 배터리, 변화의 축이 되다

전기차 배터리로 사용되는 이차전지의 핵심 소재는 리튬, 코발트, 망간, 구리 등으로 현재 대부분의 전기차 배터리에는 리튬이온 배터리가 사용되고 있습니다. 리튬이온 배터리는 양극, 음극, 분리막, 전해질로 구성되는데, 리튬이온이 액체로 된 전해질 사이를 음극에서 양극으로, 양극에서 음극으로 이동하며 전기를 일으키면서 에너지를 발생시킵니다.

 

액체로 된 전해질은 리튬이온이 양극과 음극을 자유롭게 오갈 수 있도록 돕는 역할을 하는데요. 액체 전해질을 사용하다 보니 온도 변화로 팽창하거나 외부 충격으로 전해질이 새어 나와 배터리가 손상을 입으면 폭발할 위험이 큽니다. 이러한 문제점을 막고자 다양한 배터리 연구개발이 진행되고 있는데요. 오늘 그 흐름의 중심에 있는 전고체 배터리가 무엇인지 알아보도록 하겠습니다.

 

ⓒ클립아트코리아

 

꿈의 배터리, 전고체 배터리란?

전고체 배터리는 배터리 양극과 음극 사이에 이온을 전달하는 전해질을 액체 대신 고체로 하는 배터리입니다. 리튬이온 배터리와 다르게 전해질을 고체로 바꾸어 폭발의 위험에서 자유롭습니다. 또, 고체 전해질은 0도 이하의 저온이나 60~100도의 고온에서 액체 전해질보다 전도 성능이 향상된다는 장점이 있습니다.

 

또, 분리막이 따로 필요하지 않아 배터리의 크기도 줄일 수 있습니다. 얇게 만들어 구부리는 등 다양한 형태로 제작이 가능하죠. 리튬이온배터리는 여러 개의 단전지를 직렬 연결하여 전압을 높이지만, 전고체 배터리는 단전지 안에서 전극을 층층이 직렬로 연결하는데요. 따라서 구조적으로 단단하고 안정적이죠. 폭발이나 화재 위험에서 자유롭기 때문에 안전성과 관련된 부품을 줄이는 대신 배터리 용량을 늘리는 물질을 채울 수 있죠.

 

이러한 장점 때문에 충전 시간도 매우 짧아졌는데요. 보통 리튬이온 배터리는 80%까지 급속 충전하는 데 40분 정도 걸리지만 전고체 배터리는 5분이면 충분하다고 합니다. 1회 충전으로 800km 이상을 주행할 수 있죠.

 

ⓒ삼성 SDI 홈페이지

 

걸림돌은 없을까?

전고체 배터리의 가장 큰 걸림돌은 전극과 전해질 간 저항이 높다는 점입니다. 전해질이 고체이다 보니 전극과 전해질의 밀착성이 떨어지면서 둘 사이의 경계면이 연속적으로 이어지지 않습니다. 이런 문제 때문에 내부 저항이 증가해 효율성이 떨어지게 되는 것이죠. 더불어 고체 전해질 소재의 가격이 액체에 비해 높다는 것도 단점으로 뽑을 수 있습니다.

 

전고체 배터리는 언제쯤 볼 수 있을까요?

국내외로 전고체 배터리의 상용화를 위해 힘쓰고 있습니다. 해외 자동차 업계 T사는 고체 전해질 소재 분야의 특허를 광범위하게 확보하고 있으며 오는 2022년 전고체 배터리를 탑재한 전기차를 출시할 계획이라고 밝혔습니다.

 

우리나라의 기업들도 전고체 배터리 양산 계획 목표를 발표한 바 있는데요. S사는 1회 충전으로 800km 이상 주행 가능하고 1,000회 이상 충·방전 가능한 전고체 배터리 연구결과를 공개하기도 했습니다. 또 전고체 배터리를 충전할 때, 리튬이 음극 표면에 쌓이며 분리막을 훼손하는 현상을 해결한 ‘석출형 리튬음극’을 개발했는데요. 전고체 배터리의 수명과 안전성을 동시에 높인 기술을 국제 학술지 ‘네이처 에너지’에 발표하는 등 기술력 향상을 위해 많은 전문가가 노력하고 있습니다.

 

전기차의 등장으로 전기차를 이루는 배터리 흐름 변화의 물결도 끊임없이 이어지고 있습니다. 안정성에 대한 문제를 해결하기 위해 다각도의 방법으로 배터리를 개발하고 있는데요. 아직 전고체 배터리가 탑재된 전기차는 상용화되지 않았지만, 머지않아 전기차 이용자들이 좀 더 안전하고 효율적인 전기차를 타게 되는 날을 기대해보겠습니다.

 

 

 


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