전장 반도체(Automotive Semiconductors), 전고체 배터리(Solid-State Batteries), 그리고 열전소자(Thermoelectric Devices)는 미래의 첨단 기술과 에너지 설루션에서 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다.
▶전장 반도체:
전장 반도체는 자율주행 자동차, 전기차, 그리고 스마트 모빌리티의 핵심 부품입니다. 자율주행의 경우, 차량 내 다양한 센서와 통신 장치, 인공지능 시스템이 실시간으로 데이터를 처리하고 의사결정을 내려야 하기 때문에 고성능 반도체가 필수적입니다. 또한, 전기차에서는 배터리 관리 시스템(BMS), 모터 제어, 전력 변환 장치 등에 반도체가 중요한 역할을 합니다.
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▶연구 방향:
▶고신뢰성 및 내구성: 자동차 환경은 극한의 온도, 진동, 전자파 간섭 등의 조건을 겪기 때문에, 이러한 환경에서 안정적으로 작동할 수 있는 내구성이 높은 반도체가 필요합니다.
▶고성능, 저전력 설계: 자율주행 차량의 데이터 처리 요구가 증가함에 따라 전력 효율을 유지하면서도 고성능을 제공하는 반도체 설계가 연구되고 있습니다.
▶신소재 개발: 기존의 실리콘 기반 반도체에서 벗어나 GaN(갈륨 나이트라이드), SiC(실리콘 카바이드)와 같은 신소재가 전력 변환 효율과 내구성을 높이기 위해 주목받고 있습니다.
▶시장 전망:
자율주행과 전기차의 보급 확산으로 전장 반도체 시장은 빠르게 성장하고 있으며, 2025년까지 연평균 8~10%의 성장이 예상됩니다. 특히 전기차의 배터리 관리와 자율주행 기술의 발달로 관련 반도체 수요는 폭발적으로 증가할 것으로 보입니다.
▶전고체 배터리:
전고체 배터리는 기존의 리튬 이온 배터리에서 액체 전해질 대신 고체 전해질을 사용하는 배터리 기술입니다. 안전성, 에너지 밀도, 충전 속도, 내구성 등에서 획기적인 개선이 가능하다는 점에서 미래 에너지 저장 기술의 핵심으로 여겨집니다.
▶연구 방향:
▶안전성 강화: 고체 전해질을 사용함으로써 화재와 폭발 위험이 줄어들고, 극한의 온도에서도 안정적으로 작동하는 특성을 가집니다.
▶ 에너지 밀도 향상: 고체 전해질이 리튬 금속을 음극으로 사용할 수 있게 해 주며, 이를 통해 에너지 밀도가 기존 리튬 이온 배터리보다 약 2배 이상 증가할 수 있습니다.
생산 공정 개발: 고체 전해질을 균일하게 분포시키고, 대규모 양산에 적합한 생산 공정을 개발하는 것이 현재 주요 연구 과제입니다.
▶시장 전망:
전고체 배터리는 2030년까지 상용화가 기대되며, 특히 전기차와 에너지 저장 장치(ESS) 시장에서 큰 변화를 가져올 것입니다. 전기차의 주행 거리 향상, 충전 시간 단축, 배터리 수명 연장이 가능해지면서 전고체 배터리 시장은 2025년 이후 급격한 성장이 예상됩니다
▶전고체 배터리:
전고체 배터리는 전해질이 액체에서 고체로 대체된 배터리로, 리튬 이온 배터리의 한계를 극복하기 위해 개발되고 있습니다. 그 원리는 고체 전해질이 양극과 음극 사이에서 이온을 전달하여 에너지를 저장하고 방출하는 것입니다. 액체 전해질을 사용하는 기존 배터리와 달리, 전고체 배터리는 고체 상태의 전해질을 사용함으로써 화재 및 폭발 위험을 줄이고, 더 높은 에너지 밀도와 긴 수명을 기대할 수 있습니다.
전고체 배터리의 장점으로는 첫째, 안전성이 뛰어나다는 점이 있습니다. 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온 배터리는 열에 민감하여 폭발의 위험이 있지만, 전고체는 화재 위험을 크게 줄일 수 있습니다. 둘째, 에너지 밀도가 더 높아 전기차의 주행 거리 증가와 같은 성능 개선을 기대할 수 있습니다. 셋째, 충전 속도가 빨라질 가능성이 있어 전기차 충전 시간을 크게 단축할 수 있습니다.
그러나 단점도 존재합니다. 가장 큰 단점은 고체 전해질의 비용과 제조 공정의 어려움입니다. 고체 전해질은 고가의 소재와 정교한 제작 공정이 필요해 상용화가 어렵고, 현재 개발 중인 전고체 배터리는 실용화 단계에 도달하지 못한 상태입니다. 또한, 이온 전도성이 낮고, 전해질과 전극 사이의 계면 저항이 높아 배터리 성능이 저하될 수 있는 문제도 있습니다.
개발 현황을 보면 일본의 토요타가 2025년 상용화를 목표로 전고체 배터리 개발을 진행 중이며, 삼성 SDI, LG 에너지 설루션 등 국내 기업들도 연구에 박차를 가하고 있습니다. 미국의 퀀텀스케이프와 같은 스타트업 또한 주목받고 있으며, 고체 전해질을 사용한 배터리 셀 프로토타입을 공개한 바 있습니다.
시장 전망은 매우 밝습니다. 전기차 수요가 폭발적으로 증가함에 따라 전고체 배터리는 차세대 배터리 시장의 핵심 기술로 자리 잡을 가능성이 큽니다. 특히 2030년 이후에는 전고체 배터리가 대량 생산에 돌입할 것이란 기대가 높으며, 향후 에너지 저장 시스템(ESS), 드론, 웨어러블 기기 등 다양한 분야에서 응용될 가능성이 큽니다.
결론적으로, 전고체 배터리는 차세대 에너지 저장 장치로서의 잠재력을 가지고 있으며, 여러 도전 과제를 해결한다면 배터리 시장의 패러다임을 바꿀 중요한 기술이 될 것입니다.
▶열전소자:
열전소자는 온도 차이를 전기 에너지로 변환하거나, 전기를 이용해 열을 발생시키는 기술로, 에너지 효율을 극대화하는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다. 특히 산업 현장에서 발생하는 폐열을 전력으로 변환하는 기술로 주목받고 있습니다.
▶연구 방향:
▶효율성 개선: 열전소자의 성능은 주로 '제벡 계수'로 평가되며, 이를 높이기 위한 신소재 개발이 활발하게 이루어지고 있습니다. 최근에는 나노구조 및 이종 소재를 적용해 열전 효율을 크게 개선하는 연구가 진행 중입니다.
▶ 응용 분야 확대: 웨어러블 기기나 IoT 장치에서 소형화된 열전소자가 자체적으로 전력을 공급하는 방식으로 사용될 수 있으며, 이와 함께 우주선이나 극한 환경에서의 에너지 자급 시스템에도 적용될 수 있습니다.
▶시장 전망:
열전소자 시장은 2030년까지 에너지 효율을 중요시하는 산업 전반에서 빠르게 성장할 것으로 예상되며, 특히 친환경 에너지, 스마트 그리드, 웨어러블 기술 등의 분야에서 응용이 확대될 것입니다.
https://www.yna.co.kr/view/AKR20231019104900061
▶결론:
전장 반도체, 전고체 배터리, 열전소자는 각각 자율주행, 전기차, 에너지 저장, 산업 폐열 회수 등에서 혁신을 일으킬 수 있는 핵심 기술입니다. 이러한 기술들은 환경 문제 해결, 에너지 효율 개선, 그리고 미래의 스마트 산업 구축에 필수적인 요소로서, 향후 연구와 시장 성장이 매우 유망합니다. 첨단 소재 개발과 생산 공정의 혁신이 이루어진다면 이들 기술은 새로운 산업 패러다임을 이끌어갈 것입니다.
참조:반도체 넥스트 시나리오.
자자:권순용.
출판사:위즈덤하우스.
아주대 공동 연구팀, 고성능 열전 에너지 변환 기술 개발 | 연합뉴스
(수원=연합뉴스) 김솔 기자 = 아주대는 고려대·건국대·경상국립대 공동 연구팀과 고성능 열전 에너지 변환 소자를 개발했다고 19일 밝혔다.
www.yna.co.kr
▶열전자소자연구개발사례 from.연합뉴스
[한장TECH] 동아시아 차량용 반도체 전쟁, 각 국의 전략은?
[테크월드뉴스=박예송 기자] 차량용 반도체 시장이 중요해지면서 한국, 중국, 일본, 대만 등 여러 국가에서 차량용 반도체 연구 및 개발에 적극적으로 참여하고 있다. 각 국은 자동차 및 반도체
www.epnc.co.kr
▶동아시아 차량용 반도체전쟁 from.테크월드
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