▣ 차세대 전지에 대한 관심이 집중되면서 새로운 전지가 등장함은 물론 과거에 소개되었던 개념까지 재조명받고 있다. 시장에 등장할 가능성이 상대적으로 높고, 탁월한 성능 혁신 가능성으로 말미암아 기업들의 관심을 받고 있는 차세대 전지 솔루션에 대하여 살펴본다.

○ 금속공기전지, 2차전지의 궁극적 목표


금속공기전지는 음극으로는 리튬 또는 아연금속이, 양극으로는 공기 중 산소를 이용하는 구조로서 에너지 밀도가 기존 리튬이온전지 대비 10~15배까지 높은 특징을 가지고 있다. 전지의 중요한 구성 요소인 양극 활물질을 공기로 대체할 수 있기 때문에 전지의 무게를 획기적으로 낮출 수 있고, 음극에 사용되는 금속만으로도 용량 확대가 가능하기도 하다.

‘Battery 500’프로젝트를 착수한 IBM은 공기와 리튬금속을 활용한 리튬공기전지 개발을 진행 중이다. 앞으로 5년 내에 현재의 전지보다 10배 이상 에너지밀도를 향상한 전지의 시제품을 개발을 목표로 하고
있다.


○ 전고체전지,전지 전해질에 고체를 적용하여 안전성 혁신


자동차 기업으로서 전기자동차용 2차전지의 성능 혁신이 절실히 필요한 도요타가 가장 심혈을 기울이고 있는 전지 솔루션은 전고체 전지다.


액체 전해질로 인한 리튬이온전지의 폭발 위험성을 해결하고자 황화물계 고체로 된 전해질을 활용하는 전지 솔루션이다. 불안정한 전해질을 완전 고체로 대체하여 높은 출력과 안전성을 향상할 수 있게 하였다. 고체 전해질을 사용함으로써 과도한 충전 및 내부 단락 등으로 인한 발화 가능성을 원천 봉쇄하였고, 생산공정도 혁신적으로 단순화하여 획기적 원가 절감도 가능하다.

이미 고체 전해질로서 황화 리튬의 제조 기술을 확립한 이데미츠는 열에 강하고 고전압 특징을 가진 전고체 전지를 자동차, 산업 기기 등에 폭넓게 사용할 수 있다고 판단하고 2012년 사업화를 목표로 개발 완성도 상승에 심혈을 기울이고 있다.

○ 대용량 에너지 저장에 적합한 차세대 나트륨계열 전지


나트륨계열 전지의 대표 주자는 NaS 전지다. NaS 전지는 양극에 황을 사용하고, 음극에 나트륨을 전해질에는 세라믹 고체 전해질을 사용하는데, 양극과 음극 사이를 나트륨 이온이 이동하면서 충전과 방전을 반복하는 원리이다.


NaS 전지는 납축전지보다 에너지 밀도가 3배 이상이고, 15년 이상의 오랜 수명을 유지할 수 있는 대용량 에너지 저장에 적합한 솔루션이다. 문제는 작동을 위해서는 나트륨의 용융 상태를 유지해야 하고, 300도가 넘는 고온이 필요하다는 것이다.

차세대 나트륨계열 전지는 NaS전지 운영상의 위험성을 개선하면서 대용량 에너지 저장에 적합한 장점은 유지하는 방향으로 개발이 진행되고 있다.


대표적으로 GE가 개발한 고 에너지 나트륨 전지, 일본의 스미토모 전공이 개발한 용융염 전해질 나트륨 전지가 있다. 공통점은 나트륨 이온의 이동을 통해 전자가 발생하는 구조이다.

○ 마그네슘 전지,풍부한 마그네슘 지원 활용 가능성이 장점

마그네슘 전지는 음극에 마그네슘을 사용하여 전자의 이동량을 증가시켜 기존 전지 대비 에너지 밀도를 획기적으로 올릴 수 있는 전지 솔루션이다.
리튬이온전지에서 전류를 만들 때 리튬은 1개씩만 전자를 움직이지만, 마그네슘은 2개씩 움직일 수 있어서 이론적으로는 용량을 두 배 이상으로 확대할 수 있다. 저렴한 마그네슘을 사용하였기 때문에 저가화도 가능하고, 또한 용량의 감소 없이 수천 번의 재충전도 가능하고, 작동 온도 범위도 넓은 편이다.

원문 출처 : http://www.lgeri.com/


<출처> TLD 통권 266호, 2011. 08. 26

Posted by TopARA

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