2차 전지란 무엇일까?

2차 전지란?

과거 우리가 사용하던 배터리는 다들 아시다시피 1회 사용 후 폐기했었습니다. 하지만 언제부턴가 충전을 해서 사용하기 시작했죠. 그것이 2차 전지입니다. 재충전을 통해 여러 번 사용할 수 있는 전지를 우리는 2차 전지라고 부릅니다. 2차 전지는 리튬이온, 니켈 등의 종류로 나뉩니다. 현재에는 거의 모든 전자기기에 들어가고 있다고 봐도 무방합니다.

 

2차 전지에 사용되는 재료

첫 번째. 전극

전극은 배터리의 양극과 음극으로 되어 있습니다. 일반적으로 금속 산화물 또는 금속 수산화물로 만들어지며 리튬 이온 배터리의 양극은 일반적으로 리튬 코발트를 많이 사용하고 음극은 탄소로 만들어집니다. 최근 제가 포스팅했던 에코프로 이노베이션 포스팅을 보시면 리튬에 대한 이야기가 자세히 나오니 확인해 보시면 좋을 것 같습니다. 포스팅 내용에도 있었듯 현재 2차 배터리는 리튬을 많이 사용하고 있는데 매장량이 극히 적고 한정적인 곳에만 있기 때문에 리튬 확보가 2차 전지 기업에 매우 중요한 부분입니다.

 

두 번째 전해질

전해질은 양극과 음극 사이에 이온을 운반하는 역할을 합니다. 충전 및 방전을 하는 과정에서 전극 사이의 이온의 이동을 돕는 역할입니다. 전해질은 일반적으로 용해된 염 용액으로 만들어집니다. 리튬 이온 배터리의 전해질은 일반적으로 에틸렌 카보네이트와 같은 용해된 리튬 염을 사용합니다. 니켈 배터리의 경우 전해질로 수산화칼륨을 사용합니다. 전해질은 배터리의 효율을 위해 적절한 이온 전도성을 가져야 하고 배터리의 다른 구성 요소와의 반응을 피하기 위해 화학적으로 안정되어 있어야 합니다. 전해질의 기술력에 따라 배터리의 용량과 수명 등 성능에 큰 영향을 줄 수 있습니다.

 

세 번째 분리막

분리막은 양극과 음극을 분리하여 서로 직접적인 접촉을 막아주는 역할을 하는 다공성 막입니다. 주요 기능은 전극 사이의 전기 단락을 방지해 줍니다. 배터리의 성능과 안전을 지키는 역할입니다. 충전과 방전을 거듭하는 2차 전지는 반복적으로 팽창과 수축되는 환경에 노출되어 있습니다. 그 반응을 버티기 위해 분리막이 존재합니다. 일반적으로 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 소재가 많이 포함됩니다. 또한 배터리 사용 중에 배터리 단락을 방지하기 위해 큰 리튬 금속 덴드라이트의 이동을 방지할 수 있을 정도의 작은 기공을 가지고 있습니다.

 

*덴드라이트는 배터리 충전 과정에서 음극재 표면에 쌓이는 결정체를 말합니다.

 

네 번째 하우징

하우징은 일반적으로 배터리 구성 요소를 지지하는 역할을 하고 외부로부터 오는 충격을 막아 배터리를 보호하는 역할을 합니다.

 

2차 전지를 위협하는 전고체 배터리

전고체 배터리는 기존 2차 전지에서 사용하던 액체 전해질 대신 고체 전해질로 만드는 전지를 말합니다. 고체 전극과 고체 전해질을 사용하는 전고체 배터리는 전극과 전해질이 직접적으로 접촉하기 때문에 분리막이 필요하지 않고 고장의 위험이 적습니다. 고체 전해질은 기존 액체 전해질에 비해 높은 에너지 밀도를 가지며 수명이 길고 충전시간이 빨라집니다. 고체 전해질의 경우 누출 위험이 제거되기 때문에 전기 자동차에 사용하기 좋습니다. 아직 기술 개발이 필요한 단계이므로 상용화를 위한 시간이 걸리겠지만 향후 발전가능성이 매우 높은 기술입니다. 현재 액체 전해질로 된 2차 전지 산업을 영위하고 있는 많은 기업들이 있지만 언제 위기가 닥칠지 모른다고 생각합니다. 현재 전고체 배터리를 개발하고 있는 기업으로는 도요타가 좋은 기술력을 가지고 있으며 Fisker, 퀀텀스케이프, 일리온, solid power 등이 있습니다.

 

오늘은 2차 전지에 대해 알아보았습니다. 감사합니다.