모든 사물이 인터넷으로 연결되는 시대인 IoT 시대를 살고 있는 우리는 와이파이와 블루 투스 등과 같은 무선 통신 기술을 이용해 모든 사물을 인터넷과 연결하는 초연결 시대에 살고 있는데요. 웨어러블 기기와 핸드폰 등 각종 사물 인터넷의 등장에 따라서 끊김 없이 충전을 해주는 배터리의 성능과 휴대성, 안정성, 효율성 등이 점점 더 중요해지면서 사물 배터리를 활용하는 기술들이 계속해서 증가할 전망인데요. 이번 시간에는 사물 배터리에 대해서 알아보겠습니다.
배터리가 모든 사물을 연결한다.
현재 배터리 시장을 지배하는 소형 리튬 이온 배터리는 오늘날 충전식 배터리 산업을 지배하고 있으며, 전기 자동차 및 그리드 에너지 저장 애플리케이션에 채택되면서, 수요가 매우 빠르게 증가하고 있습니다. 우리는 배터리를 통해 공간, 시간 등에서 자유를 얻게 되었습니다. 특히 집안에서 가전제품, 전등, 보일러 등을 조작할 수 있게 되고, 내연기관 자동차 대신 전기차를 이용함으로써 대기오염 물질을 줄일 수 있게 되었습니다. 모든 사물에 배터리가 동력원으로 활용돼 배터리가 미래 에너지 산업의 핵심이 된다고 주장하는 BoT는 '에너지 혁명 2030'의 저자인 미국 스탠퍼드 대학교의 토니 세바 교수의 "모든 사물이 배터리로 구동하는 사회가 올 것"이라는 주장한 데서 유래가 되었습니다.
배터리의 변천과정
최초의 2차 전지는 1859년 프랑스에서 발명된 납축전지입니다. 납축전지는 납과 황산을 이용한 2차 전지로써, 주로 일반 자동차 배터리에 사용되는 전지입니다. 가격 대비 성능(가성비)는 뛰어나지만, 너무 무거워 소형으로 사용하긴 어려웠던 납축전지를 보완해서 나타난 전지가 '니켈-카드뮴 전지'였습니다. 이 전지는 납축전지보다 가벼워서 소형으로 사용할 수 있었지만 카드뮴이 포함돼있는 중금속과 가격의 문제로 현재는 거의 사용되지 않았습니다. 그리고 1976년에 현대 시대의 2차 전지로 가장 많이 사용되고 있는 '리튬이온 전지'가 개발되었습니다. 모든 금속 중에 가장 가벼운 금속으로, 전자를 잃는 성질이 가장 강한 원소로 반응성이 뛰어나서 이온화가 잘되는 장점이 있습니다. 처음에는 안정성의 문제가 있어 이를 보완하기 위해 음극을 리튬 - 코발트 산화물로 대체하고, 전압을 2V에서 4V로 올림과 동시에 리튬금속을 석유코크스로 대체하며 문제들을 해결했습니다.
전지의 원리는??
먼저 전지의 사전적 의미를 먼저 알아 봅시다. 전지는 화학반응, 방사선, 온도 차, 빛 따위로 전극 사이에 전기 에너지를 발생시키는 장치입니다. 일반적으로 널리 쓰이는 것은 화학반응에 의한 화학 전지로, 충전이 불가능한 일차 전지와 충전이 가능한 이차전지로 나눕니다. 전지는 기본적으로 두 개의 전극과 전해질로 구성되어 있습니다. 두 개의 전극은 전해질과 접촉이 되어있습니다. 그러나 전극끼리는 직접 접촉이 안되도록 두 전극 사이에 격리판을 끼워 넣는데요. 전지의 종류에는 한번 사용한 후에 폐기 처분하는 1차 전지(알칼리 전지)와 여러 번 반복해서 사용이 가능한 2차 전지가 있습니다. 2차 전지는 '충전'을 하면 다시 사용할 수 있는 것입니다. 충전이란 전기에너지를 전지에 주입하여 방전할 때 일어나는 화학반을을 역으로 진행시키는 작을 의미 합니다. 전지 용량을 표시하는 단위는 Ah(암페어 곱하기 시간이라는 의미)인데요. 그러므로 5000mAh라는 용량은 이론적으로 5시간 동안 1000mA의 전류를 소비하는 기기를 사용할 수 있다는 의미입니다. 하지만 실제로 사용할 수 있는 시간은 사용조건에 따라 다르고, 일반적으로 큰 전류로 전지를 사용할 때보다는 작은 전류로 사용할 때 전지의 용량을 최대로 활용할 수 있습니다.
또 한번의 발전
국내 최초로 리튬 대신 망간을 이용한 차세대 이차전지 개발에 성공한 한전은 지구에서 12번째로 풍부한 원소인 망간을 이용해서 차세대 이차전지인 망간 배터리를 개발하였습니다. 망간은 기존 리튬 전지 개발의 절반에 불과한 비용으로 수급이 불안정한 리튬을 불이 붙지 않는 수용액을 전해질 사용으로 교체 사용했기 때문에 안정성 면에서도 훨씬 뛰어납니다.
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