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신재생 에너지 & 전기자동차 발전을 주도하는 이차전지




미국 전기차 제조업체 테슬라 사에서 한 번 충전으로 최대 600km 이상 주행할 수 있는 전기차 모델을 출시할 거란 사실이 해외 언론에 의해 공개되었습니다. 기존 모델엔 시간당 90㎾의 배터리가 사용되었지만 신모델엔 시간당 100㎾의 배터리가 사용되어, 최대 주행거리를 35마일 가량 높였다고 합니다. 서울-부산 간 거리가 400km 정도임을 감안하면, 충전 없이 서울에서 부산까지 한 번에 가고도 전력의 1/3이 남는다는 의미죠.


전기자동차 기술의 발전 이유를 거슬러 올라가면 '이차전지'가 나옵니다. 이차전지란 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환시켜 외부회로에 전원을 공급하거나, 반대로 전기적 에너지를 화학적 에너지로 바꿔 전기를 저장할 수 있는 전지입니다. 흔히 말하는 '충전지'가 바로 이차전지인데요. 


오늘날 신재생에너지와 전기자동차 분야의 발전을 주도하는 이차전지, 그 정체를 함께 파헤쳐 볼까요?



[일차전지와 이차전지 구별하기]



이차전지란 말에서 짐작할 수 있듯, 이차전지에 앞선 일차전지도 일찍부터 존재했습니다. 


둘의 결정적인 차이는 '충전 가능 여부'입니다. 일차전지는 한번 방전되면 그걸로 끝이지만, 이차전지는 몇 번이고 충전해 다시 쓸 수 있습니다. 좀 더 자세히 풀자면, 이차전지는 외부의 전기 에너지를 화학 에너지의 형태로 바꿔 저장해뒀다가 필요할 때마다 전기를 만들어내는 장치라 할 수 있습니다.


그렇다면 이차전지와 비교했을 때 일차전지는 단점만 있는 걸까요? 꼭 그런 것만은 아닙니다. 일차전지는 이차전지보다 가격이 싸고 자연방전이 훨씬 느리기 때문에 오랫동안 켜둬야 하는 연기 감지기 등의 장치에 유용하게 사용됩니다. 또한 장기간 보관했다가 필요할 때 즉시 결합해 사용하는 비축전지로도 활용됩니다.



[주요 이차 전지 종류는?]


 

이차전지 중 전기자동차 분야에서 가장 널리 사용되는 건 리튬 이온 전지, NaS 전지, 레독스 흐름전지 등이 있습니다.


리튬 이온 전지(Lithium-ion Battery)는 방전 과정에서 음극→양극으로 리튬 이온이 이동하는 전지입니다. 자가방전율이 낮고 에너지 밀도가 높아 휴대용 전자기기에서부터 방위산업, 자동화 시스템 등에 폭넓게 사용됩니다. 단, 폭발 가능성이 높다는 점은 주의하셔야겠는데요. 뉴스에 나오는 '배터리 폭발' 소식은 거의다 리튬 이온 전지라 보시면 됩니다.


NaS(나트륨, 황) 전지는 황을 양극 소재로, 나트륨을 음극 소재로 사용합니다. 양극과 음극 사이를 나트륨 이온이 이동하면서 충전과 방전을 반복하는 구조인데요. 리튬 이온 전지보다 에너지 밀도가 높지만 훨씬 무겁기 때문에 소형 가전보다는 산업용으로 주로 사용되는 추세입니다.


마지막으로, 레독스 흐름전지는 전지 내부에 바나듐(V205) 등의 물질을 넣은 전지입니다. 이 물질에 전해액을 흘려주면 전기화학 반응이 일어나 전기에너지를 생산하는 방식이죠. 수명 제약이나 폭발 위험성이 거의 없고 용량 선택이 비교적 자유로우며 대형화가 쉽지만, 주소재인 바나듐이 고가의 특수금속이라 대량 생산에 어려움을 겪고 있습니다.



[이차전지 시장 동향 및 전망은?]



이차전지 시장은 2013년 554억 달러 규모에서 2015년 661억 달러 규모로 성장했습니다. 전문가들에 따르면 오는 2020년까지 1,031억 달러 규모까지 성장한다는 전망이 우세한데요. 특히 리튬이차전지 시장이 연평균 14% 이상의 성장률을 보이며 이차전지 시장의 성장을 이끌 것이란 전망입니다. 


우리나라는 2011년 이후 리튬이차전지 시장점유율 1위를 고수하고 있습니다. 여기에 그치지 않고 점유율도 점차 늘리고 있어 향후 성장이 기대됩니다. 하지만 중국이 최근 본격적으로 시장에 진출하며 점유율을 늘려가고 있어, 향후 중국의 성장세를 견제해야 한다는 숙제가 남아있습니다. 


다행히 특허청 동향을 살펴보면 우리나라의 성장세는 여전히 지속될 듯합니다. 리튬이차전지의 양극활물질 제조(합성)에 관련된 특허출원건수가 매년 증가하고 있기 때문입니다. 1997년부터 지금까지 출원된 관련특허는 총 216건인데, 2008년 이후 서서히 증가하기 시작해 2014년에는 무려 45건의 관련특허가 출원되었다고 합니다. 이를 바탕으로 다양한 신기술이 만들어진다면 우리나라는 리튬이차전지 시장의 발전을 주도하는 국가로 자리매김할 것입니다.




이차전지 발전이 신재생 에너지와 전기자동차 발전으로 이어져, 더 나은 미래의 출현을 앞당기길 바랍니다.

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