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토요일, 11월 27, 2021

한번 충전 1000㎞…리튬이온 넘는 꿈의 배터리 나올까

  • 리튬 대신 플루오라이드 사용
  • 에너지 밀도 최대 7배 높아져
  • 기술개발에 수십년 걸릴 전망
  • 리튬이온 전고체 배터리 개발
  • 한중일 등 전고체 치열한 경쟁

현재 고성능 전기차에 쓰이는 배터리는 모두 ‘리튬이온’ 배터리다. 지금까지 개발된 배터리 가운데 성능이 가장 좋아서다. 리튬이온을 이용한 배터리 셀을 만들고, 이를 모아 팩으로 만든 뒤 차량 하단에 넓적하게 배치하는 것이 보통이다. 차량 형태나 무게 등에 따라 다르지만, 1회 충전 때 최대 항속거리는 약 300~500㎞가 일반적이다. 아직 충전 인프라와 충전 시간, 항속거리 등을 고려하면 전기차 운행에 상당한 불편함이 따른다. 업계가 충전 시간은 줄이고, 항속거리는 늘리기 위한 기술개발에 막대한 노력과 자금을 투입하는 이유다.

LG화학 배터리

그렇다면 배터리 성능을 1회 충전 때 1000㎞ 정도 달릴 수 있도록 늘릴 수 있다면 어떨까? 전기차 운행이 훨씬 편리해질 것이다. 하지만 가능할까. 자동차 업계와 학계는 공동으로 차세대 배터리 개발에 속도를 내고 있으며, 조금씩 성과를 내고 있다. 대표적인 것이 리튬 대신 플루오라이드를 전해질로 쓰는 방법이다. 축전 능력이 리튬이온 배터리의 최대 7배에 이른다는 연구 결과도 있다. 에너지 밀도를 훨씬 높일 수 있기 때문이다. 에너지 밀도가 높아지면 같은 크기로 전기를 더 오래 쓸 수 있게 된다.

플루오라이드는 주기율표에서 가장 음극의 요소를 가진다. 가장 양극의 요소를 가진 리튬과는 정반대다. 플루오라이드이온 배터리는 전자를 방출하지 않고, 반대로 끌어 들인다. 원자량은 작은데 전자를 아주 많이 수용할 수 있는 재료다. 다만, 이를 위해서는 온도가 섭씨 150도 이상이어야 한다. 제대로 된 배터리를 만들기 위해서는 플루오라이드를 실내 온도에서 전해질로 용해시킬 수 있는 기술이 필요하다. 이 기술 상용화에 30년 이상 걸릴 수 있다는 견해가 지배적이다. 당장은 보기 힘들 것이란 의미다.

삼성SDI 배터리

업계의 관심은 플루오라이드 같은 미래 배터리보다 리튬이온 배터리의 성능개선에 쏠리고 있다. 리튬이온 배터리는 1985년 원형이 완성됐으며, 상용화는 1991년에 이뤄졌다. 리튬이온을 양극과 음극 사이로 빠르게 이동시키는 원리로 작동한다. 문제는 이온 이동 통로인 액체 전해질 때문에 화재와 폭발에 취약한 것이다. 단점 극복을 위해 최근 액체 전해질을 고체로 바꾸는 연구가 한창이다. 이른바 차세대 배터리로 불리는 ‘전고체 배터리’다. 안전하면서도 에너지 밀도와 출력이 높고 수명이 긴 것이 장점이다. 크기와 모양도 다양하게 조절할 수 있다. 전고체 배터리 개발을 위해 한국과 일본, 중국, 유럽, 미국 등의 배터리 업체들이 사활을 거는 이유다.

희승 electric@theplug.co.krhttps://theplug.co.kr/news/author/mykim/
안녕하세요. '전기(?)'를 사랑하는 채희승입니다. 지구 환경을 지키는 멋진 친환경차 관련 유익하고 재밌는 이야기 보따리를 풀어보겠습니다.

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