스마트폰에 배터리를 넣는 여자의 손 확대

새로운 배터리 콘셉트: 전고체 배터리



전고체 배터리 - 차세대 배터리 솔루션

현재 가전제품 혹은 전기 차량에서 사용되는 배터리 콘셉트는 용량면에서 한계에 도달한 상태이며 앞으로의 개발 가능성은 제한적인 것으로 보입니다. 그러나 다음 세대 배터리 생산은 이미 전고체 배터리의 모습으로 자리를 잡아가고 있는 중입니다. 전 고체 배터리는 현재 배터리 기술의 많은 제약 사항을 극복하고 단연코 많은 분야에서 모바일 에너지 공급을 촉진시킬 수 있는 가능성이 있습니다.

현재 사용하는 배터리 콘셉트의 한계점들

스마트폰, 스마트워치, 태블릿과 같은 전자제품의 에너지 공급원이던 혹은 자동차, 전기 자전거, 이롤러(e-rollers)와 같은 전기 차량의 에너지 공급원이던 관계없이 이른바 리튬 이온 배터리라 불리는 배터리를 거의 모두 이용합니다. 리튬 이온 배터리는 상대적으로 작은 공간에 많은 양의 에너지를 저장하며 많은 충전 사이클을 눈에 띄는 용량 감소 없이도 견디어 냅니다. 리튬 이온 기술의 계속된 추가 개발과 최적화로 인해 이러한 타입의 배터리의 역량은 한계에 도달했습니다. 액체 가연성 전해질을 사용하는 높은 에너지 밀도와 작동 모드는 냉각 및 안전 설치를 위해 많은 노력이 필요합니다. 이보다 더 높은 에너지 밀도와 규격을 축소하기 위한 개발 가능성은 한계에 봉착한 것으로 보입니다. 그 결과 자동차 산업과 전자 제품 제조업체들은 새로운 배터리 콘셉트를 찾고 있습니다.

전고체 배터리 - 새로운 배터리 콘셉트 대안

가장 유망한 배터리 콘셉트 중 하나는 전고체 배터리로 고체 전해질 배터리 혹은 고체형 축전지로도 알려져 있습니다. 전 세계적으로 이 타입의 배터리에 대한 연구가 진행 중입니다. 첫 번째 전고체 배터리는 이미 사용 가능하며 더 이상 대중 시장에서 전고체 배터리 사용을 제한할 기술적 문제는 없는 것으로 보입니다.

전고체 배터리의 작동 방식

리튬 이온 배터리와의 결정적인 차이점은 전고체 배터리 내부의 전해질은 액체가 아니라 고체라는 점입니다. 전해질의 역할은 음극과 양극 사이에 이온을 전도하는 것입니다. 전극과 전해질을 포함한 배터리 전체가 단단한 물질로 만들어집니다. 플라스틱 폴리머, 유리 또는 세라믹과 같은 재료는 고체 전해질로 사용할 수 있습니다. 양극과 음극은 고분자 세라믹 화합물을 통해 전해질에 전기 화학적으로 결합됩니다. 이것은 전하 이동을 향상시키고 배터리의 내부 저항을 감소시킵니다.

전고체 배터리의 장점

고체 전해질을 사용하면 공간과 무게가 절약됩니다. 냉각 및 배터리 안전을 위한 정교한 설계가 필요가 없기 때문에 전 고체 배터리는 더 가볍고 더 콤팩트하며 생산하기가 더 쉽습니다. 훨씬 더 많은 전기 에너지를 같은 공간에 저장할 수 있습니다. 전고체 배터리의 전기 밀도는 액체 전해질을 이용한 리튬 이온 배터리보다 훨씬 더 큽니다. 배터리를 매우 얇은 디자인으로 구현할 수 있으며 쉽게 소형화할 수 있습니다. 이러한 특징들은 자동차 산업뿐만 아니라 전자 제품 및 스마트 기기 분야에서도 이런 타입의 배터리에 관심을 둔다는 것을 의미합니다. 액체 전해질을 뺀 덕분에 전고체 배터리는 내화성이 있으며 가연성이 극히 낮습니다. 그 결과, 전고체 배터리는 리튬 이온 배터리에 비해 더 수명이 길며 더 안전한 대안으로 여겨집니다. 그 외 다른 장점은 전고체 배터리는 보관이 용이하고 온도에 따른 전력 변화가 낮다는 것입니다.

전고체 배터리 개발 현황

전 세계적으로 전고체 배터리에 대한 집중적인 연구가 아직 진행 중입니다. 그 중에서도 자동차 제조업체들은 전고체 배터리 개발에 속도를 내고 있습니다. 개발 연구소들은 전극과 전해질로 사용하기 위한 물질들과 물질 조합에 집중하고 있습니다. 에너지 밀도, 안정성, 전력 밀도, 수명 및 제작 비용에 대한 가능한 한 최상의 솔루션을 찾는 것이 목표입니다. 이미 전고체 배터리를 사용할 수는 있지만, 대부분의 분석가들과 제조업체들은 2025년 전까지는 상품화되지 않을 거라 보고 있습니다.
 

전고체 배터리와 소형 전자기기의 시너지

전고체 배터리 이외에도 마그네슘 배터리 또는 리튬 에어 배터리와 같은 다른 배터리 콘셉트도 현재 연구 중입니다. 다른 기술은 여전히 몇 가지 기본적인 기술적 장애물을 극복해야 하지만 전고체 배터리의 경우 대량 생산에 적합한 수준입니다. 적은 필요 공간, 향상된 에너지 밀도와 안정성이 전자 기기와 전기 차량의 에너지 공급 촉진에 결정적으로 기여할 것입니다. 이러한 배터리의 소형화는 스마트워치, 피트니스 트래커, 이어버드 혹은 스마트 반지와 같은 전자 장치 및 스마트 기기를 위한 새로운 가능성을 열어줍니다.