2차전지 원리 활용 및 전망

전기차충전 from.pixels

▶끝없이 확장하는 이차전지 시장과  패권전쟁

이차전지! 10년 전만 해도 생소했던 이 단어가, 우리 생활 깊숙이 파고들어 이제는 없으면 안 되는 존재가 되었습니다.

대부분의 사람이 이차 전지가 무엇인지 정확히 모르더라도, 과거에 배터리 혹은 건전지라고 부르는 것과 유사한 역할을 하며, 휴대형으로 전기에너지를 쓸 수 있게 해 주고, 충전해서 재사용할 수 있다는 정도는 알고 있습니다. 

요즘은 카페에서 사람들이 리튬이온전지나 전기자동차, 심지어 전고체전지라는 단어를 써가며 대화를 나누기도 합니다.

현대를 살아가는 사람 중에 이차전지가 들어간 제품을 최소한 한 가지 이상 사용하지 않는 사람은 없다 해도 무방합니다.

  그만큼 이차 전지는 우리 삶에 깊숙이 자리 잡았습니다.

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▶우리 주변의 있는 다양한 전지는 무엇인가요?

노벨 화학상 수상으로 리튬이온 전지가 유명 해지기기는 했지만, 보통 '전지'라는 말을 들으면 건전지라는 말을  떠올리는 사람이  사람이 많을 것입니다.

저렴하고 사용하기 쉬우며 안전한 건전지야말로 지금까지 가장 선공한 전지라고 할 수 있습니다.

물론 건전지에도 망간 건전지와 알칼리 건전지 등 다양한 종류가 있습니다(우리나라에서는 보통 망간 건전지를 건전지, 알칼리망간 건전지를 알카라인 건전지라고 부르는 경우가 많습니다.)

건전지와 반대로 전해질이 액체인, 다시 말해 전해액을 사용하는 전지를 습전지라고 부릅니다.

표 1. 전지의 분류.

화학전지	1차전지	일회용이다.
	2차전지	충전해서 다시 쓸 수 있다.
	연료전지	수소와 산소를 반응 시킨다.
물리전지	태양전지	빛을 전기로 변환한다.
	원자력전지	핵분열 에너지를 전기로 변환한다.
	열전지	열을 전기로 전환한다.
생물전지	생물전지	생물의 작용을 이용한다.

▶화학전지에는 1차 전지와 2차 전지가 있습니다.

리튬이온 전지와  건전지 외에도 수많은 종류의 전지가 있습니다.

위의 표 1처럼 전지는 먼저 기본 원리에 따라 화학전지와 물리전지로 분류할 수 있습니다.

화학전지란 화학반응으로 전기를 발생시키는 장치입니다.

건전지와 리튬이온 건전지는 화학전지에 속합니다.

▶연료전지는 1차 전지도 2차 전지도 아니다.

1차 전지와 2차 전지는 화학반응과 관련된 물질이 모두 전지 안에 들어 있으며, 따로 외부와 물질을 주고받지 않는다. 

그러나 연료전지는 반응물질(연료)을  외부에서 공급받아야 한다. 

연료전지는 수소와 산소가 반응하는 화학반응을 통해 전기를 만든다.

일반적으로 기체상태인 수소와 산소를 혼합하여 불꽃을 튀기면 폭발적으로 반응하여 물이 만들어진다.

이때 발생한 열과 빛이 되어 대기로 방출됩니다.

연료전지는 수소와 산소를 반응하는 화학반응을 촉매를 이용해 천천히 진행시켜, 에너지를 빛이 아닌 전기에너지로 변환시킵니다.

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▶차세대 이차전지의 종류와 개발 현황

▶배터리 발화사고로 드러난 리튬 이온 전지의 한계

2010년대 스마트 폰은 우리 생활에 완전히 정착했습니다.

스마트폰의 폭발적 증가로 리튬이온전지는 전성기를 맞았습니다.

곧이어 전기자동차가 출시되며 이차전지 시장 성장의 기대감응 더 커지고 있었습니다.

2016년 10월 까지는 그랬습니다.

1010년 대에 몇 가지 문제점, 즉 부풀어 오르는 배터리(스웰링 현상), 수명저하, 휘는 현상 등이 나타났으나 이 문제들은 보다 안정적인 양극 소재, 분리막 소재를 사용하여 개선해 나가고 있었습니다. 

2016년 리튬이온 성능, 특히 휴대용 파우치셀의 용량과 안정성이 극대화되고 있을 시기였습니다. 

삼성전자에서 2016년 8월 출시한 갤럭시 노트 7에 탑재된 리튬이온 전지가 문제가 될지는 아무도 몰랐습니다.

  

▶기업의 지속적 투자를 통한 초격차 확보

이차 전지산업은 전기 자동차 보급과 함께 과거에는 상상할 수 없을 정도로 팽창해 있습니다.

시장예측 기관들에 의하면 2021년부터 2030년까지  이차 전지 분야의 연평균  성장률은  이차 전지 전체기준 11.9%, 리튬이온전지기준 14.6%로 예측됩니다. 

전기자동차만 놓고 보면 17.1%로 실로 엄청난 속도의  성장률이라 볼 수 있습니다. 

일부 시장예측 기관에서는 2025년경 이차전지 시장이 메모리 반도체시장 규모와 비슷해질 것으로 예측하고 있고, 2025년 이후에는 이를 능가할 가능성도 있습니다.

 

우리나라의 주력 먹거리 산업 중 하나로 성장하는 것입니다. 

우리 기업들의 세계 시장에서의 활약이 더 기대되는 상황입니다. 

그러나, 우리나라기업만 열심히 하는 것이 아닙니다.

전 세계 이차 전지 관련 기업들이 치열하게 경쟁하고 있습니다.

 특히 중국의 약진이 두드러지고, 미국, 유럽 등에 차세대 이차전지를 중심으로 수많은 스타 기업들이 생겨나고 있습니다.

리튬이온 종주국인 일본의 경우 과거  1990년대의 독점식 호황기는 지나고 셀 제조업 경쟁력이 예전보다 약화한 양상을 보입니다.

 

▶정부의 선제적 연구 개발투자:

전쟁터로 비유하자면 기업은 최전방에서 있습니다.

최전방에서 치열한 전투를 벌이고 있는 부대인 셈입니다.

세계각국의 최첨단 이차 전지 기업들과 경쟁을 하며 더 좋은 제품을 만들기 위해 고군분투를 하는 것입니다.

최전선에서 싸우고 있는 기업의 역할은 자명한 일입니다. 

모든 최종의 결과 가 기업으로부터 나옵니다. 

실질적으로 제품을 생산하여, 적용하고, 소비자에게 판매하고, 우리가 사용하고 있습니다.

그렇다면 전쟁터에서 최전선에 있는 부대에게 중요한 것은 무엇일까요?

그것은 보급을 포함한 든든한 후방지원일 것입니다.

충분한 장비지원, 자금지원, 인력지원 등

적절한 시기와 규모로 보급 및 후방지원이 이뤄지지 않으면 어떠한 정예부대도 장기간 전투를 이어나갈 수 없습니다. 

멋진 여행길 from.pixels

 

 

참조 1:이차전지승자의 조건.

저자:정경윤, 이상민, 이영기, 정훈기.

출판사:길벗

참조 2:처음 읽는 이차전지이야기.

저자:시라이다쿠.

출판사:플루토.

참조 3:배터리의 미래.

저자:스탠리 위팅엄, 브랜드 시더, 강기석, 최장욱.

출판:최종현 학술원.