전고체 배터리

전고체 배터리란 무엇인가?

전고체 배터리는 리튬이온배터리와 다르게 고체로 된 배터리를 말합니다. 리튬이온배터리의 경우 가운데 분리막을 중심으로 좌 우 음극과 양극으로 이루어져 있고 액체 전해질로 채워져 있습니다. 전고체 배터리의 경우 분리막 대신 고체 전해질이 있고 액체 전해질 자리를 고체 전해질이 채우고 있습니다. 전해질이 고체로 되어 있기 때문에 안정성과 내구성 면에서 리튬이온배터리 보다 더욱 뛰어난 배터리로 알려져 있습니다. 또한 높은 에너지 밀도와 낮은 저항을 가지고 있습니다. 전고체 배터리는 전기 화학반응을 통해 전하를 저장하고 방출하게 됩니다. 

 

전고체 배터리의 장점

전고체 배터리는 앞서 말한 것처럼 안정성과 내구성이 뛰어나고 에너지 밀도가 뛰어납니다. 폭발 위험성이 낮아져 폭발을 대비하기 위한 부품들이 불필요해지면서 그 자리에 활물질이 채워졌기 때문입니다. 용량이 크며 충전속도도 빠릅니다. 고체 전해질이 온도 변화에 강해 액체 전해질 보다 안정적이고 전해질이 누출될 위험이 적어 화재나 폭발에도 강합니다. 고체는 화학적인 변화에도 저항이 강해 수명 또한 긴 것으로 알려져 있습니다. 

 

전고체 배터리의 활용처

전고체 배터리는 충전과 방전 속도가 빨라 전기 자동차와 스마트폰 등에 사용될 수 있으며 태양광 발전 시스템에 필수적인 요소인 ESS 배터리의 미래로 각광받고 있습니다. 하지만 현재에는 여러 가지 한계로 상용화되어 있지는 않습니다. 기술 개발로 상용화된다면 어디에 사용될 수 있을까요?

1. 가장 대표적으로는 모바일 기기와 노트북처럼 사용자가 휴대하여 이용하는 전자기기에 사용될 것입니다.

2. 대형화 시킨다면 당연 전기차 배터리도 빼놓을 수 없을 것입니다. 현재 전기차 배터리의 가장 큰 단점은 충전 인프라, 충전시간, 배터리 용량, 수명 등 배터리 문제가 대부분입니다. 이런 전기차의 단점들을 해결해 줄 수 있는 미래 배터리라고 볼 수 있습니다.

3. 태양광 발전 등과 같은 친환경 에너지 저장에 사용될 수 있는 배터리입니다. 

4. 조금 더 먼 미래에는 우주 기술에도 적용될 수 있습니다. 전고체 배터리의 높은 에너지 밀도와 내구성은 우주 기술에 사용하기 적합합니다.

전고체 배터리의 한계

그럼 이렇게 좋은 전고체 배터리를 두고 왜 우리 주변의 전자 기기들은 리튬이온 배터리를 사용하는 것일까요?

1. 높은 가격

전고체 배터리는 리튬이온배터리에 비해 높은 가격을 유지하고 있다는 것이 가장 큰 이유 중 하나입니다.

리튬 이온 배터리에 비해 높은 순도의 재료와 제조공정에서 고온 고압 상태가 필요합니다. 이로 인해 상용화의 어려움을 겪고 있습니다. 또한 전고체 배터리 제조에 이용되는 소재들의 생산량이 적어 공급이 부족한 상태입니다. 아직 전고체 배터리는 개발 단계이기 때문에 상대적으로 수요가 적고 생산 규모가 작아 효율적인 생산으로 인한 저렴한 가격에 공급이 어려운 상태입니다. 

 

2. 기술적 한계

고체 배터리의 장점을 살려줄 수 있을 만한 기술이 부족합니다. 고체 전해질은 높은 에너지 밀도를 가질 수 있다는 장점이 있습니다. 이 것은 단위 무게당 더 많은 에너지를 저장할 수 있다는 이야기인데, 전해질의 이동성이 낮아 배터리 전기 용량이 제한되어 있습니다. 전기를 충전하고 방전할 때 전해질 내부에서 이온의 이동이 필요한데 이런 이온의 이동성이 낮아져 전기 용량이 낮아지게 됩니다. 또한 전고체 배터리는 상대적으로 안정되고 내구성이 높아야 하기 때문에 고용량 배터리를 개발하더라도 충방전 속도를 고의적으로 제한할 수밖에 없다고 합니다. 그런 이유로 현재는 아주 일부의 소형 전자기기에 제한적으로 사용되고 있습니다. 또한 고체 전해질이 극한의 온도에 노출될 경우 배터리 수명이 짧아질 수 있습니다. 상용화를 위해서는 새로운 전해질 및 재료와 배터리 충전 방전 기술 등을 발전시켜야 하는 과제에 직면해 있습니다. 

 

오늘은 전고체 배터리에 대해 알아보았습니다. 아직 전고체 배터리 상용화를 위해서는 최소 수년의 기간이 더 필요할 것으로 보입니다. 일각에서는 이미 전고체 배터리가 상용화될 때가 되면 리튬이온배터리의 단점이 훨씬 보완된 상태일 것이라는 이야기도 있습니다. 하지만 앞으로 관심을 가져볼 만한 가치가 있는 기술임은 확실합니다. 감사합니다.