리튬금속 배터리란 (미래에 꼭 필요한 기술)

 

[요약]

리튬금속 배터리는 높은 에너지 밀도와 장기간의 충전 보존 기능을 제공하는 충전식 배터리입니다. 이 배터리는 리튬이라는 화학 원소를 사용하여 전기 에너지를 저장하고 방출합니다. 리튬금속 배터리는 모바일 기기, 전기 자동차, 태양광 저장 시스템 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 이러한 배터리의 장점은 빠른 충전 속도, 경량성, 긴 수명 및 향상된 성능입니다. 그러나 리튬금속 배터리는 열에 민감하며, 과충전이나 과방전 시 안전 문제가 발생할 수 있습니다. 따라서 안전한 사용과 관리가 필요하며, 배터리 기술의 개선과 함께 더욱 발전될 전망입니다.

 

 

[자세하게]

리튬금속 배터리란 리튬 금속을 음극으로 사용하는 배터리입니다. 리튬금속은 현재까지 파악된 음극물질 중 최상급의 에너지 밀도를 갖고 있으며, 산화 환원 전위가 매우 낮아 경량화 및 대용량화가 필요한 2차전지에 가장 적합한 소재로 기대를 모으고 있습니다.

리튬금속 배터리는 음극 자체를 리튬으로 만들어 전류를 생성하는 원자로 채울 수 있습니다. 이론적으로 리튬금속 음극 기반 전지는 흑연에 의존하는 동일한 무게와 부피의 전지보다 50% 더 많은 에너지를 저장할 수 있습니다. 이는 전기차의 주행거리를 80% 이상 늘릴 수 있을 것으로 예상됩니다.

그러나 리튬금속 배터리에는 여러 가지 문제점도 있습니다. 리튬이 반응성이 매우 높기 때문에 액체 전해질과 지속적으로 접촉하면 배터리의 분해나 연소 반응을 유발할 수 있습니다. 또한 리튬 이온이 앞뒤로 흐를 때 수지상돌기로 알려진 바늘 모양의 구조가 배터리에 형성되어 전지를 단락시키거나 화재를 일으킬 수 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 일부 회사들은 불에 타기 쉬운 액체 전해질을 고체로 바꾸는 방법을 개발하고 있습니다.

또한 리튬금속 배터리의 재활용도 어렵습니다. 기존의 납 배터리 재활용 방식이 리튬 배터리에는 안 맞기 때문입니다. 리튬 배터리는 더 크고 무겁고 훨씬 복잡하며, 잘못 분해하면 폭발할 수 있는 여러 가지 물질이 들어 있습니다. 따라서 새로운 재활용 방법을 개발하고 표준화하는 것이 필요합니다.

리튬금속 배터리는 전기차와 재생에너지 저장에 큰 잠재력을 가진 기술입니다. 하지만 아직 많은 과제와 난제가 남아 있으며, 실용화와 상용화를 위해서는 보다 안전하고 효율적인 방법을 찾아야 합니다.

 

 

리튬금속 배터리의 장점과 단점

장점:

1.에너지 밀도가 높아서 동일한 무게와 부피의 배터리로 더 많은 전력을 저장하고 사용할 수 있습니다. 이는 전기차의 주행거리를 늘리고 배터리의 크기와 무게를 줄일 수 있습니다.
2.충전 속도가 빠르고 충전 횟수가 많아서 배터리의 수명이 길어집니다. 이는 전기차의 유지비용을 절감하고 충전 인프라의 부담을 줄일 수 있습니다.
3.고체 전해질을 사용하면 액체 전해질보다 안전하고 환경친화적입니다. 액체 전해질은 화재나 폭발의 위험이 있으며, 배터리가 파손되면 유출되어 환경오염을 일으킬 수 있습니다.

단점:

1.리튬금속은 반응성이 매우 높아서 공기나 물과 접촉하면 산화되거나 연소될 수 있습니다. 이는 배터리의 성능 저하나 안전 문제를 야기할 수 있습니다.
2.리튬금속 음극은 충방전 과정에서 수지상돌기라는 바늘 모양의 구조가 형성될 수 있습니다. 이는 배터리 내부에서 단락이나 화재를 일으킬 수 있으며, 배터리의 용량이 감소하고 내부 저항이 증가합니다.
3.리튬금속 배터리는 재활용이 어렵습니다. 기존의 납 배터리 재활용 방식이 리튬 배터리에는 적용되지 않으며, 새로운 재활용 방법을 개발하고 표준화하는 것이 필요합니다. 리튬금속 배터리가 폐기되면 환경에 유해한 물질이 유출될 수 있습니다.

 

 

리튬금속 배터리를 개발하고 있는 회사

1.솔리드에너지시스템 (SES): 미국의 스타트업으로, 고체 전해질을 사용하는 하이브리드 리튬메탈 배터리를 개발하고 있습니다. 현대자동차, SK, LG, 제네럴모터스 등으로부터 투자를 받았으며, 2025년에 상용화할 계획입니다.
2.코로스전지: 국내의 리튬금속전지 제조업체로, 리튬일차전지와 리튬이차전지를 자체 생산 또는 공급하고 있습니다. 또한 차세대 전지인 리튬메탈기반의 이차전지 소재개발과 리튬황전지, 전고체리튬메탈전지 등 제품상용화를 위해 노력하고 있습니다.
3.한국전기연구원 (KERI): 국내의 공공연구기관으로, 리튬금속배터리용 고효율 리튬 저장 기술을 개발했습니다. 이 기술은 수지상돌기 형성을 억제하고 리튬 이온의 이동을 원활하게 하여 배터리의 안정성과 성능을 향상시킵니다.
4.LG에너지솔루션: 국내의 대표적인 배터리 제조업체로, 리튬이온 배터리뿐만 아니라 차세대 배터리인 전고체 배터리와 리튬메탈 배터리에도 힘을 쏟고 있습니다. 2016년에는 NASA 우주 탐사용 우주복에 리튬이온 배터리를 공급하는 업체로 선정되었습니다.