1. 리튬이온전지의 역할과 작동 원리
자동차 관련, 특히 전기차에 대한 글을 쓰는 블로거로서 이제부터는 이차전지 배터리에 대해 이야기를 해볼까 합니다. 안 그래도 지난 주말 중국이 배터리의 주요 원료인 흑연에 대하여 수출 통제 품목으로 포함시켰다는 소식이 이번주에도 계속 이어지고 있는데, 전기차와 이차전지에 관심이 많은 저로서 이에 대한 이야기를 안 할 수가 없습니다. 이차전지는 일차전지와는 달리, 충전을 통해 계속해서 사용할 수 있는 배터리를 의미합니다. 전기자동차의 대중화에는 이 배터리의 기술적인 진화 발전이 큰 몫을 하고 있는데, 전기자동차와 같이 인류의 이동 수단을 전동화로 발전시키는 역할을 하고 있을 뿐만 아니라, 일상생활 곳곳에 코드리스, 즉 무선화에도 큰 기여를 하고 있습니다. 금번 포스팅을 통해 현재 이차전지의 대표적인 리튬 이온 배터리의 내부 작동과 응용, 그리고 차세대 배터리에 대해서 이야기해보고자 합니다. 리튬이온 전지가 가장 많이 사용되는 이차전지가 된 이유에는 에너지 저장이 가장 효율적이기 때문입니다. 리튬이온 배터리는 에너지를 방출하는 양극(+)와 에너지를 저장하는 음극(-)으로 구성되며, 에너지의 역할은 리튬이온이, 그리고 그 이동 과정에는 전해액이 역할을 하게 됩니다. 우리는 이 에너지 이동을 전기화학적 과정이라 명명합니다. 리튬이온의 세부 구성에 대해서는 다음 포스팅에서 다루기로 하고, 리튬이온 배터리의 발전에는 나노 소재에 대한 발전에 기반합니다.
2. 리튬이온 전지의 대중화 배경과 미래 수요 전망
구체적으로 우리의 일상에 리튬이온 배터리가 보편화된 것은 지금은 스마트폰으로 진화한 핸드폰이라고 보는 것이 타당하며, 노트북은 물론 최근에는 에어팟과 같은 무선 이어폰이나 샤오미로 대표되는 무선 로봇 청소기 등 가전제품에서부터 전동공구나 농기계 그리고 로봇에 이르기까지 전동장치가 필요한 일상생활과 산업 전반에 이천전지가 다양하게 사용되고 있습니다. 리튬 이온 배터리는 우리를 세상과 연결하는 스마트폰, 노트북, 태블릿을 가능하게 합니다. 가볍고 높은 에너지 밀도, 상대적으로 낮은 자가 방전율로 인해 휴대용 전자기기에 이상적입니다. 또한, 전기자동차는 지속가능한 운송수단의 최전선에 있으며, 리튬이온 배터리는 높은 에너지 밀도와 긴 사이클 수명으로 인해 전기자동차 제조업체들에게 사실상의 선택으로 부상했습니다. 리튬이온 배터리는 지속 발전하면서, 이제는 보편화된 드론이나 향후 미래 모빌리티로 주목받고 있는 UAM 그리고 고고도위성기나 우주선 등 다양해지는 애플리케이션에 다양하게 탑재해야 할 수요가 증가할 것으로 예상됩니다. 한편, 리튬 이온 배터리는 재생 가능한 에너지원을 활용하는 데 중추적인 역할을 합니다. 태양 전지판과 풍력 터빈에서 생성된 풍부한 에너지를 미리 저장하여 해가 지거나 바람이 잦아들 때, 즉 에너지를 필요할 때 안정적으로 전력 공급이 가능한 인프라 역할을 할 수 있습니다.
3. 차세대 배터리의 미래, 진화 된 리튬이온전지
보다 효율적이고 지속 가능하며 안전한 에너지 스토리지 솔루션에 대한 추구는 리튬 이온 배터리 분야의 연구 개발을 계속해서 주도하고 있습니다. 최근 가장 주목받고 있는 차세대 이차전지의 기술은 전고체 배터리입니다. 이는 기존에 리튬이온의 이동을 액체 전해질이 수행했다면, 배터리 설계의 패러다임 변화에 따라 고체 전해질로 이온의 이동을 대체하고 있습니다. 이것은 더 높은 에너지 밀도, 더 빠른 충전, 그리고 향상된 안전을 위한 연구 개발의 도전입니다. 한편, 연구원들은 더 높은 에너지 밀도와 안전한 배터리를 개발하기 위해 나트륨, 마그네슘, 그리고 심지어 그래핀과 같은 대체 물질을 탐구하고 있습니다. 차세대 배터리는 아직 연구 단계라고 보는 것이 타당하며, 양산 및 대중화를 위해서는 최소 10여년 남았다고 보는 것이 일반적입니다. 한편, 리튬이온 배터리의 수요가 급증함에 따라 적절한 재활용과 지속가능한 재료 소싱이 무엇보다 중요한 상황입니다. 폐쇄형 재활용 시스템은 사용을 다하거나 불량 스크랩으로 분류되는 부품을 회수하고 재사용하여 환경에 미치는 영향을 완화하는 것을 목표로 합니다. 이에 대해서도 추가 포스팅할 수 있도록 하겠습니다. 리튬 이온 배터리는 에너지 저장과 소비에 있어서 획기적인 시대를 촉진시켰습니다. 기기의 전원 공급에서부터 전기 혁명의 추진에 이르기까지, 그 영향력은 무한합니다. 연구와 혁신이 계속됨에 따라 우리는 배터리 기술의 새로운 최전선에 서 있으며, 친환경적이고 전동화된 미래를 향한 여정의 핵심에는 여전히 리튬이온 배터리가 있다는 데에는 이견을 제시할 사람이 많지 않을 것으로 생각됩니다.