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전고체 배터리??
전고체 배터리 뜻
양극 · 음극 · 전해질 · 분리막 등
주요 부품이 모두 고체인 배터리로,
특히 전해질이 액체인 경우,
열이나 충격을 받으면
폭발 위험성이 높은데,
이를 고체로 바꾸어
개선한 배터리 입니다.
게다가 충전 시간도 짧아서
지금 전기차와 IT 기기에
쓰이는 리튬이온배터리를
대체할 것으로 보입니다.
한마디로 '차세대 배터리'의
대표주자이며,
전기차 산업의
'게임 체인저'
입니다!
현재 사용되고 있는
리튬-이온 배터리의
양극과 음극은 금속이고,
그리고 양극에서 음극으로
전자가 이동할 수 있도록
그 둘 사이를 유기질 액체
혹은 반액체 상태의 전해질로
채웁니다.
구조적으로 살펴보면
리튬이온배터리의 경우는
양극과 음극 사이에 접촉을 방지하는
분리막이 위치하고
액체 전해질이 양극, 음극, 분리막에
스며들어 있지만,
전고체 배터리의 경우는 분리막 대신
고체 전해질이 분리막의 역할까지
대신하게 됩니다.
미래의 배터리
전고체 배터리 상세 설명
현재 사용되고 있는
리튬-이온 배터리의 양극과 음극은
금속이고, 그리고 양극에서
음극으로 전자가 이동할 수 있도록
그 둘 사이를 유기질 액체
혹은 반액체 상태의 전해질로 채웁니다.
마지막으로 분리막을 넣어
자연 상태에서 폭발적으로 일어나는
반응을 억제하는데요.
이에 비해 전고체 배터리는
전해액 자리에 고체 소재를
사용하며, 분리막이 없어집니다.
이처럼 부피는 작아지고,
넣을 수 있는 배터리가 많아져
저장할 수 있는
에너지 용량은 늘어나며,
충전 속도도 빨라지게 됩니다.
가령 삼성전자가 전에 발표한
배터리의 1회 충전 주행거리는
800km이고,
도요타가 개발 중인 전고체 배터리는
10분 충전에 500km 주행을
약속합니다.
물론 전해액이 누출됨으로써
발생하는 폭발 위험도 줄어듭니다.
액체로 만들어진 기존 배터리는
양극과 음극이 만날 경우 화재가
발생할 위험이 있으나,
전고체 전지는 리튬이온이
이동하는 전해질을 고체로 만들기에
항상 고정돼 있어 구멍이 뚫려도
폭발하지 않고 정상 작동합니다.
액체 전해질보다
내열성과 내구성이 뛰어나기 때문에
폭발이나 화재 가능성이
낮고 크기도 줄일수 있습니다.
전고체 배터리는 안전성뿐만
아니라 용량과 두께 측면에서
"플렉서블(휘는·flexible) 배터리"를
구현하는 최적의 조건을
갖춘 것으로 평가 받습니다.
전해질에 액체가 없어
초박막을 만들 수 있고,
양·음극을 여러 겹 쌓아
고전압·고밀도 배터리 구현이 가능하기 때문이다.
리튬이온 배터리보다 에너지 밀도가 높아
전기차의 주행 거리 향상과
충전 시간을 절약할 수 있습니다.
부품이 덜 들어가는 만큼 무게도 가벼워집니다.
기존 리튬이온 전지의 에너지 밀도는 255Wh/㎏ 수준인 반면
전고체 전지는 이론적으로 495Wh/㎏까지
에너지 밀도가 올라갑니다.
그러나 전고체 전지는
고체 형태이다 보니 액체 전해질에 비해
이온 전도도가 낮아 출력이 낮고
수명이 짧다는
단점이 있습니다.
이에 따라 세계 산업계는
최대한 이온 전도도를 높일 수 있는
전고체 재료 찾기에 나섰습니다.
유력한 재료로 꼽히는 것이
폴리머,
옥사이드,
인산염,
황화물
등 네 가지 입니다.
다만 각각 그 특성에 따른
장단점이 명확합니다.
폴리머는
이온전도율이나
온도 변화에 대한 안정성이 떨어지지만
생산 용이성이 높습니다.
보쉬에서 선제적으로
폴리머 전고체
전지 개발에 나선 상태입니다.
한편 옥사이드와 인산염은
이온전도율이나 안정성은
괜찮은 편이나
생산 용이성이 낮습니다.
산업계의 주목을 받는 물질은
황화물인데요.
이온전도율,
생산 용이성,
온도 변화에 대한 방어력 등이
두루 높지만
수분안정성이 낮습니다.
도요타, 삼성SDI 등 세계 제조기업에서
이를 기반으로 한 전고체 전지 개발에
열을 올리고 있는 것도 이 때문이죠.
전고체 전지의 실용화 시점은 2025년
안팎으로 예상된다.
BMW가 전고체 전지 양산 시점을
2026년이라고 못 박기도 했다.
LG에너지솔루션과
삼성SDI, 중국 CATL, 일본 파나소닉 등이
전고체 배터리를 개발 중입니다.
주요 완성차 업체들도
전고체 배터리 개발에 뛰어들었습니다.
일본 도요타는 2008년 차세대 배터리 연구소를 세우면서
정부, 학계와 함께
전고체 배터리를 개발한다고
발표했습니다.
독일 BMW는 미국의 연료전지기업
솔리드파워와 손잡고 전고체 배터리를
장착한 전기차를 2025∼2026년께
출시할 계획입니다.
도요타의 노림수는?
도요타의 노림수
전 세계 전고체 배터리 특허의
40% 정도인 1천여 개의 특허를
보유한 도요타는 2025년까지
양산 체제를 구축함으로써
미래의 전기차 시장을
단숨에 장악하려는
포석을 두고 있습니다.
요즘 토요타 특허를
피해서 전고체 배터리를
개발하는 것 자체가
어려운 상황이라는 말까지 나옵니다.
전고체 배터리 나라별 개발 현황
전고체 배터리 현재 상황
현재 우리나라는 삼성SDI가
전고체 배터리 기술력이
가장 높은것으로 평가받고 있습니다.
삼성SDI는 도요타에 이어 국제특허건수가
2번째로 많으며 2025년까지
프로토타입셀과 라지셀 개발을
완료한 뒤 2027년부터
본격적인 양산을 계획하고 있습니다.
나라별 전고체 배터리 국제특허 비중은
도요타, 파나소닉을 앞세운 일본이 68%로 가장 많으며
솔리드파워, 폴리플러스 등이 속한
미국이 16%로 2등을 차지했으며,
한국은 삼성SDI를 앞세워
12%로 3위를 기록하고 있습니다.
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