주제에 대한 기사를 찾고 있습니까 “리튬 이온 전지 원리“? 웹사이트에서 이 주제에 대한 전체 정보를 제공합니다 https://c2.chewathai27.com/ 탐색에서: 새로운 상위 523 가지 팁 업데이트. 바로 아래에서 이 주제에 대한 자세한 답변을 찾을 수 있습니다. 찾고 있는 주제를 더 잘 이해하려면 끝까지 읽으십시오. 더 많은 관련 검색어: 리튬 이온 전지 원리 리튬이온전지 산화-환원, 리튬이온 배터리 원리 pdf, 리튬이온 배터리 화학식, 리튬이온 배터리 폭발 이유, 리튬이온 배터리 폭발 원리, 리튬이온전지 구조, 리튬이온 배터리 양극재, 리튬이온 배터리 전압
해당 과 정에서 리튬 이온과 분리된 전자가 도선을 따라 양극과 음극 사이를 움직이며 전자가 발생 한다. 방전 과정 시, 리튬 이온이 음극에서 양극으로 이동하며, 충전의 경우에는 리튬 이온 이 양극에서 음극으로 이동하는 원리로 작동한다.
리튬이온배터리
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- Title Website: 리튬이온배터리
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리튬이온배터리의 구조와 작동 원리
또 지난 9월에는 미국 샌디에이고대학교(UCSD)와의 공동연구를 통해 기존의 60℃ 이상에서만 충전이 가능했던 전고체 배터리의 기술적 한계를 극복했다고 밝히기도 했는데요. 통상 25℃의 상온에서도 빠른 속도로 충전이 가능한 장수명 전고체 배터리 기술을 개발했고 관련 논문이 세계적인 과학 저널인 ‘사이언스(Science)’지에도 게재되며 그 성과를 인정받은 것이죠. 지금 이 시간에도 차세대 배터리 상용화를 위한 노력은 계속되고 있으며, 우리는 우리도 모르는 새에 미래에 한 발짝씩 다가서고 있습니다.
지금까지 리튬이온배터리의 4대 구성 요소와 작동 원리를 살펴보았는데요. 우리 삶을 편리하게 만들어준 리튬이온배터리지만 지금 이 순간에도 여러 한계를 극복하기 위해 다양한 연구가 이뤄지고 있습니다. LG에너지솔루션 역시 업계를 선도하며 차세대 배터리 개발에 앞장서고 있는데요. 지난 4월 열린 <배터리 데이 2021> 행사에서 LG에너지솔루션은 2025년부터 리튬황배터리를, 2025년~2027년 전고체 배터리를 상용화할 계획을 밝힌 바 있습니다.
11 thg 11, 2021 — 리튬이온배터리는 리튬 이온이 양극재와 음극재 사이를 이동하는 화학적 반응을 통해 전기를 만들어냅니다. 양극의 리튬 이온이 음극으로 이동하며 배터리 …
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- Title Website: 리튬이온배터리의 구조와 작동 원리
- Description Website: 11 thg 11, 2021 — 리튬이온배터리는 리튬 이온이 양극재와 음극재 사이를 이동하는 화학적 반응을 통해 전기를 만들어냅니다. 양극의 리튬 이온이 음극으로 이동하며 배터리 …
리튬이온 배터리의 원리
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리튬이온배터리의 구조와 작동 원리 – 배터리인사이드
지금까지 리튬이온배터리의 4대 구성 요소와 작동 원리를 살펴보았는데요. 우리 삶을 편리하게 만들어준 리튬이온배터리지만 지금 이 순간에도 여러 한계를 극복하기 위해 다양한 연구가 이뤄지고 있습니다. LG에너지솔루션 역시 업계를 선도하며 차세대 배터리 개발에 앞장서고 있는데요. 지난 4월 열린 <배터리 데이 2021> 행사에서 LG에너지솔루션은 2025년부터 리튬황배터리를, 2025년~2027년 전고체 배터리를 상용화할 계획을 밝힌 바 있습니다.
또 지난 9월에는 미국 샌디에이고대학교(UCSD)와의 공동연구를 통해 기존의 60℃ 이상에서만 충전이 가능했던 전고체 배터리의 기술적 한계를 극복했다고 밝히기도 했는데요. 통상 25℃의 상온에서도 빠른 속도로 충전이 가능한 장수명 전고체 배터리 기술을 개발했고 관련 논문이 세계적인 과학 저널인 ‘사이언스(Science)’지에도 게재되며 그 성과를 인정받은 것이죠. 지금 이 시간에도 차세대 배터리 상용화를 위한 노력은 계속되고 있으며, 우리는 우리도 모르는 새에 미래에 한 발짝씩 다가서고 있습니다.
‘리튬이온 배터리’의 원리 (Principle of lithium-ion battery)
음극은 여러 소재가 있습니다. 최근 많이 사용되는 기본 소재는 천연흑연입니다. 바로 연필에 사용되는 그 흑연이죠. 흑연은 종이가 겹쳐있는 것과 같은 구조를 이루고 있습니다. 이를 층상구조라 부르는데요. 양극에서 빠져나온 리튬이온은 이 층상구조 사이에 들어갑니다.
분리막은 배터리 양극과 음극 사이에 있습니다. 서로 물리적으로 절대 접촉되지 않도록 격리하는 역할을 하는데요. 둘이 함께 있으면 너무 뜨거워져 위험할 수 있기 때문입니다. 대신 미세한 구멍이 있어 리튬이온이 양극과 음극 사이를 오갈 수 있습니다.
마지막으로 전해액입니다. 전해액은 액체 등을 녹일 수 있는 액체유기화합물(유기용매)로 이뤄져 있는데요. 양극과 음극 간 이온 이동을 가능하게 해주는 중간 매개체입니다.
11 thg 7, 2018 — 리튬이온 배터리는 양극(+)과 음극(-) 물질 ‘산화환원 반응’으로 화학에너지를 전기에너지로 변환시키는 일종의 장치입니다. 산화환원 반응이란 반응물 간 …
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- Title Website: ‘리튬이온 배터리’의 원리 (Principle of lithium-ion battery)
- Description Website: 11 thg 7, 2018 — 리튬이온 배터리는 양극(+)과 음극(-) 물질 ‘산화환원 반응’으로 화학에너지를 전기에너지로 변환시키는 일종의 장치입니다. 산화환원 반응이란 반응물 간 …
리튬 이온 전지, 어떻게 작동할까?
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‘리튬이온 배터리’의 원리 (Principle of lithium-ion battery)
음극은 여러 소재가 있습니다. 최근 많이 사용되는 기본 소재는 천연흑연입니다. 바로 연필에 사용되는 그 흑연이죠. 흑연은 종이가 겹쳐있는 것과 같은 구조를 이루고 있습니다. 이를 층상구조라 부르는데요. 양극에서 빠져나온 리튬이온은 이 층상구조 사이에 들어갑니다.
분리막은 배터리 양극과 음극 사이에 있습니다. 서로 물리적으로 절대 접촉되지 않도록 격리하는 역할을 하는데요. 둘이 함께 있으면 너무 뜨거워져 위험할 수 있기 때문입니다. 대신 미세한 구멍이 있어 리튬이온이 양극과 음극 사이를 오갈 수 있습니다.
마지막으로 전해액입니다. 전해액은 액체 등을 녹일 수 있는 액체유기화합물(유기용매)로 이뤄져 있는데요. 양극과 음극 간 이온 이동을 가능하게 해주는 중간 매개체입니다.
리튬이온전지의 원리와 탄생, 그리고 노벨상 – 과학의 지평
고등과학원에서는 원칙적으로 정보주체의 개인정보를 제1조(개인정보 처리 목적)에서 명시한 범위 내에서 처리하며, 정보주체의 동의 없이 본래의 범위를 초과하여 처리하거나 제3자에게 제공하지 않습니다. 다만, 범죄의 수사 등 같이 개인정보보호법 제18조, 개인정보보호법 제17조 제1항 1호(정보주체의 동의)에 해당되는 경우는 예외 됩니다.
4. 처리 및 보유 기간 : 웹진 서비스 제공을 목적으로 수집된 개인정보자료는 회원 탈퇴 시까지 보관됩니다.
25 thg 3, 2020 — 리튬 금속을 음극으로 사용하면 방전 시 음극에서 전자와 리튬이온이 양극으로 빠져나가고, 충전 시 양극에 있는 전자와 리튬이온이 음극 전극판에 다시 …
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- Title Website: 리튬이온전지의 원리와 탄생, 그리고 노벨상 – 과학의 지평
- Description Website: 25 thg 3, 2020 — 리튬 금속을 음극으로 사용하면 방전 시 음극에서 전자와 리튬이온이 양극으로 빠져나가고, 충전 시 양극에 있는 전자와 리튬이온이 음극 전극판에 다시 …
리튬이온 배터리 보호회로(PCM \u0026 BMS) 완전 분석
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리튬이온전지의 원리와 탄생, 그리고 노벨상
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영상으로 살펴보는 리튬이온배터리의 작동원리!
Synthesis-Based BioFusion Technology Lab
in the Department of Chemistry at KHU
리튬이온배터리는 크게 4가지의 요소로 구성되어 있습니다. 양극, 음극, 전해액, 분리막이 그 주인공들인데요. 양극의 경우는 리튬이온배터리에서 용량과 전압을 담당하고 …
- Source: biochemistry.khu.ac.kr
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- Title Website: 영상으로 살펴보는 리튬이온배터리의 작동원리!
- Description Website: 리튬이온배터리는 크게 4가지의 요소로 구성되어 있습니다. 양극, 음극, 전해액, 분리막이 그 주인공들인데요. 양극의 경우는 리튬이온배터리에서 용량과 전압을 담당하고 …
죽어버린 배터리 살려봤더니 이런 결과가?? 종지전압 밑으로 내려간 리튬이온배터리 살려서 상태체크하기 ! lithium ion battery
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영상으로 살펴보는 리튬이온배터리의 작동원리! — Synthesis-Based BioFusion Technology Lab
Synthesis-Based BioFusion Technology Lab
in the Department of Chemistry at KHU
[대한민국 희망 프로젝트]<557>리튬이온 배터리 원리와 소재
A:리튬이온 배터리는 양극(+)과 음극(-) 물질의 ‘산화환원 반응’으로 화학에너지를 전기에너지로 변환시키는 일종의 장치입니다. 산화환원 반응이란 반응물 간의 ‘전자(e-) 이동’으로 일어나는 반응입니다. 다시 말해 전자를 잃은 쪽을 ‘산화’됐다고 하고 전자를 얻은 쪽을 ‘환원’됐다고 합니다. 산화·환원 과정에서 리튬이온과 분리된 전자(e-)가 도선을 따라 음극과 양극 사이를 오갈 때, 전기를 발생시킵니다. 리튬이온 배터리는 리튬이온에서 분리된 전자가 양극에서 음극으로 이동하면 충전되고(음극에서 환원이 일어나 에너지를 저장), 반대로 음극에서 양극으로 이동하면 방전(양극에서 환원이 일어나 에너지 방출)되는 원리입니다.
세계에서 생산되는 원유의 7∼8%만이 화학 원료로 이용되며 나머지는 가솔린, 디젤유, 난방유 형태로 직접 연소된다. 국내에서도 에너지의 20%가 수송 분야에 소비되고 있다. 수송 분야란 각종 자동차, 선박, 비행기 등을 말한다. 화석 연료 고갈에 대비하고 친환경 조건을 만들기 위해서는 가솔린, 디젤유를 가장 많이 소비하는 수송 수단용 에너지를 신재생 에너지로 대체해야 한다는 결론이 나온다. 책은 전기차, 하이브리드차, 연료전지차, 이차전지 산업의 현황과 과제를 살펴본다.
이 책은 미래 유망 사업으로 떠오른 전기자동차용 전지에 대한 13번째 이야기이다. 전지의 학문적 바탕이 되는 전기 화학은 보편적인 기술 분야로 과학이나 기술에 대한 기초가 없거나 시간이 오래 흘러서 학문에서 멀어진 사람들도 쉽게 이해할 수 있다. 그러므로 기술 인력이 아니라도 쉽게 이해할 수 있다. 전지를 개발하는 사람뿐만 아니라 전지를 사용하는 사람들에게도 전지에 대한 지식을 알기 쉽게 설명했다.
11 thg 2, 2018 — 리튬이온 배터리는 리튬이온에서 분리된 전자가 양극에서 음극으로 이동하면 충전되고(음극에서 환원이 일어나 에너지를 저장), 반대로 음극에서 양극으로 …
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- Title Website: [대한민국 희망 프로젝트]<557>리튬이온 배터리 원리와 소재
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3S3P 18650 리튬이온 배터리팩 만들기
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[대한민국 희망 프로젝트]<557>리튬이온 배터리 원리와 소재
최근 글로벌 유력 자동차회사인 폭스바겐과 르노 등이 전기자동차 생산 비중을 늘리겠다고 발표하면서 전기차에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 전기차 수요가 시간이 계속 늘어날 것으로 예상되면서 전기차에 들어가는 리튬이온 배터리는 물론, 배터리 생산에 필요한 원재료 수급 또한 중요해질 것으로 보입니다. 리튬이온 배터리의 4대 구성요소(양극·음극제, 전해액·분리막)를 알아보겠습니다.
Q:리튬이온 배터리 원리는 무엇인가요.
A:리튬이온 배터리는 양극(+)과 음극(-) 물질의 ‘산화환원 반응’으로 화학에너지를 전기에너지로 변환시키는 일종의 장치입니다. 산화환원 반응이란 반응물 간의 ‘전자(e-) 이동’으로 일어나는 반응입니다. 다시 말해 전자를 잃은 쪽을 ‘산화’됐다고 하고 전자를 얻은 쪽을 ‘환원’됐다고 합니다. 산화·환원 과정에서 리튬이온과 분리된 전자(e-)가 도선을 따라 음극과 양극 사이를 오갈 때, 전기를 발생시킵니다. 리튬이온 배터리는 리튬이온에서 분리된 전자가 양극에서 음극으로 이동하면 충전되고(음극에서 환원이 일어나 에너지를 저장), 반대로 음극에서 양극으로 이동하면 방전(양극에서 환원이 일어나 에너지 방출)되는 원리입니다.
Q:리튬이온 배터리는 무엇으로 구성되나요.
충〃방전이 가능한 리튬이온 배터리를 이루는 4대 구성요소에는 양극, 음극, 분리막, 전해질이 있습니다. 양극은 리튬(Li)과 산소(O)가 만난 리튬산화물(Li+O)로 구성됩니다. 차량 충전 시에는 양극을 이루는 물질 중에서 리튬이온만 쏙 빠져 나와 음극으로 옮겨 갑니다. 반대로 방전할 때는 리튬이온이 원래 살고 있었던 집인 양극으로 돌아가고, 이 때 전기가 발생합니다.
음극은 여러 소재가 있지만 최근에 많이 사용되는 음극은 천연흑연을 기본으로 씁니다. 연필에 사용되는 흑연입니다. 흑연은 마치 종이가 겹쳐 있는 것과 같은 구조를 이루고 있는데, 이를 층상구조라고 합니다. 양극에서 빠져 나온 리튬이온이 이러한 층상구조 사이에 들어갑니다.
배터리의 양극과 음극사이에는 ‘분리막’이 있습니다. 분리막은 미세한 구멍이 있어 리튬이온이 양극과 음극을 오갈 수 있게 합니다. 하지만 양극과 음극의 물리적 접촉은 절대로 허락하지 않는 격리막 역할도 합니다. 결국 분리막은 양극과 음극이 함께 있으면 너무 뜨거워지니 이들 사이를 떨어뜨려 놓는 겁니다.
마지막으로 유기용매(액체 등을 녹일 수 있는 액체유기화합물)로 이뤄진 전해액이 있습니다. 전해액은 양극과 음극 간 이온 이동을 가능하게 하는 중간 매개체로 리튬이온의 원활한 이동을 돕는 역할을 합니다.
Q:양극의 성능을 결정짓는 양극 활물질에는 어떤 것들이 있을까요.
A:산화물 상태가 안전하기 때문에 배터리 양극에도 리튬산화물 형태로 리튬이 존재하는데요, 리튬산화물처럼 양극에서 배터리의 전극 반응에 관여하는 물질을 ‘활물질’이라고 합니다. 어떤 양극 활물질을 사용했느냐에 따라 저장되는 전자(e-)의 수가 달라지면서 배터리의 용량과 전압이 결정됩니다.
리튬과 산소, 다른 물질이 만나 무수한 수의 리튬산화물이 탄생할 수 있지만, 오랜 연구 끝에 현재 배터리로서 적합한 성능을 내는 활물질은 크게 5가지 종류입니다.
양극 활물질은 리튬과 금속성분의 조합으로 구성된다고 볼 수 있는데요, 이때 금속의 종류와 비율에 따라 서로 다른 특성을 가집니다. 금속 종류별로 Ni(니켈)은 고용량 특성, Mn(망간)과 Co(코발트)는 안전성, AI(알루미늄)은 출력 특성을 향상시키는 역할을 합니다. 전기차가 요구하는 다양한 성능을 만족시키기 위해서는 이들 소재의 적절한 조합 능력을 확보하는 것이 중요합니다.
현재 생산되는 대부분의 전기차 배터리는 NCM, NCA, LMO 양극 소재를 적절히 혼합해 사용하고 있습니다. 이 중 NCA는 NCM, LMO 등 타 소재에 비해 출력과 에너지밀도가 높아 소형전지 시장에서 주로 전동공구에 사용됩니다.
다시 말해서 에너지밀도가 높은 NCA는 동일한 용량의 배터리를 더 작은 공간과 무게로 전기차에 탑재할 수 있다는 것을 의미합니다. 전기차가 해결해야 할 핵심과제 중 하나가 주행거리 확대라는 측면에서 NCA 전기차 시장으로의 확대가 예상됩니다.
LFP(리튬인산철)는 높은 안전성으로 중국 전기차 업체가 채택하고 있지만, 에너지 밀도가 낮아 부피가 크고 출력이 낮은 단점이 있습니다. 중국을 제외한 나머지 업체는 거의 사용하지 않습니다.
박태준 자동차 전문기자 [email protected]
『과거는 미래를 여는 열쇠: 전지 이야기 13』 저자 선우 준 지음 퍼플 펴냄
이 책은 미래 유망 사업으로 떠오른 전기자동차용 전지에 대한 13번째 이야기이다. 전지의 학문적 바탕이 되는 전기 화학은 보편적인 기술 분야로 과학이나 기술에 대한 기초가 없거나 시간이 오래 흘러서 학문에서 멀어진 사람들도 쉽게 이해할 수 있다. 그러므로 기술 인력이 아니라도 쉽게 이해할 수 있다. 전지를 개발하는 사람뿐만 아니라 전지를 사용하는 사람들에게도 전지에 대한 지식을 알기 쉽게 설명했다.
『그린 비즈니스 전기차와 이차 전지』 저자 김송호 비피기술거래 펴냄
세계에서 생산되는 원유의 7∼8%만이 화학 원료로 이용되며 나머지는 가솔린, 디젤유, 난방유 형태로 직접 연소된다. 국내에서도 에너지의 20%가 수송 분야에 소비되고 있다. 수송 분야란 각종 자동차, 선박, 비행기 등을 말한다. 화석 연료 고갈에 대비하고 친환경 조건을 만들기 위해서는 가솔린, 디젤유를 가장 많이 소비하는 수송 수단용 에너지를 신재생 에너지로 대체해야 한다는 결론이 나온다. 책은 전기차, 하이브리드차, 연료전지차, 이차전지 산업의 현황과 과제를 살펴본다.
전지(Battery)의 원리
리튬이온전지가 방전될 때는 음극에서 리튬이온이 양극으로 움직인다. 방전이 될 때는 볼타 전지에서 처럼 음극이 산화되면, 음극의 리튬양이온( Li⁺) 탈출하여서 양극으로 …
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Li ion 전지, 원리를 알고보면 쉽습니다.
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리튬이온배터리 : 반도체 시대를 지나 … – 한국에너지정보센터
리튬이차전지는 양극과 음극사이에 리튬이온의 이동으로 충전과 방전이 수백 회 이상 반복되며 이 전지를 구성하는 핵심 부품소재 가운데 원가 비중이 35%로 가장 높고 성능에 영향을 많이 주는 것이 양극재이며 이차전지를 생산하는데 가장 핵심 재료로 구성하는 재료에 따라 LCO(리튬코발트), NCM(리튬니켈코발트망간), NCA(리튬니켈코발트알루미늄), LMO(리튬망간), LFP(리튬철인) 등으로 구성되어 있으며 가장 대표적인 소재는 코발트, 니켈, 망간 등이 있다.
음극활물질이란 산화시 전자를 방출하는 소재로 리튬이온전지 재료의 10% 정도를 차지하며, 초기 리튬금속전지에서는 리튬을 직접 활용하였지만 위험성 등의 문제로 다른 물질로 대체되었다. 리튬 금속을 대체할 음극재료가 갖추어야 할 요건들은 다음과 같다. [금속 리튬의 전극전위에 근접한 전위를 가져야 하며, 부피당 무게당 에너지 밀도가 높아야 한다. 뛰어난 충방전 안전성을 가지며 고속 충방전에 견딜 수 있어야 한다.}
“LITHIUM-ION BATTERIES : We have yet to see the overall consequences of this development”이 말처럼 지금까지도 엄청난 속도로 발전했지만 더 많은 중요한 발견이 배터리 기술에서 나올 것으로 기대하고 있고 앞으로 우리의 편의 뿐만 아니라 지구 및 지역 환경까지 아우르는 즉, 지구 전체의 지속 가능성에 기여하는 성과를 기대해봐도 좋을 것이다.
2 thg 12, 2019 — 이온의 물질 상태가 양극과 음극에서 서로 달라 이때 발생되는물질의 고유에너지 차이로 인한 전압차를 이용하는데 리튬이온전지의 경우 양극에 있던 리튬 …
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Lithium-ion Secondary Battery Technology: Battery Basic Operation Easy Description
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리튬이온배터리 : 반도체 시대를 지나 배터리 시대로
[2019년 노벨화학상 수상 : 리튬이온배터리]2019년 노벨화학상 수상자로 ‘리튬 이온 배터리’를 개발한 존 구디너프, 스탠리 위팅엄, 요시노 아키라(영문명 : John B.Goodenough, M. Stanley Whittingham, Akira Yoshino) 라는 세 명의 연구자들이 선정되었다.
2019년 10월 9일 발표 직후, 노벨위원회 위원인 Olof Ramström 교수가 인터뷰를 통해 한 이야기 중 “이 환상적인 배터리 덕분에 사회에 엄청난 극적인 효과를 볼 수 있습니다” 이말은 현재 리튬이온배터리에 사람들이 관심을 가지는 이유를 알려준다고 할 수 있다.
Olof Ramström 교수는 그들이 개발한 세계에서 가장 강력한 충전식 배터리는 휴대폰 및 노트북과 같은 무선 전자 장치의 기초를 마련했으며 전기 자동차에 전력을 공급하는 것부터 저장에 이르기까지 모든 것에 사용되고 있다고 이야기하였다.
이는 리튬이온배터리가 세계적인 재생 가능한 에너지원으로 도약되었고 새로운 재충전 세계의 기초를 만드는데 큰 역할을 했다고할 수 있다.
[자료 1. 리튬원소]출처 : Scientific Background on the Nobel Prize in Chemistry 2019 : LITHIUM-ION BATTERIES [리튬이온배터리 기본원리]기본적인 이차전지의 기본 원리는 전기 화학적 산화-환원 반응에 의해 발생하는 이온의 이동으로 전기를 발생시키고 그 반대 과정으로 충전되는 원리이다. 이온의 물질 상태가 양극과 음극에서 서로 달라 이때 발생되는물질의 고유에너지 차이로 인한 전압차를 이용하는데 리튬이온전지의 경우 양극에 있던 리튬이온이 빠져 나와 전해질을 통해 음극의 가는 충전과 그 반대인 방전이 일어난다.
리튬이차전지는 가역적으로 리튬이온의 삽입 및 탈리가 가능한 물질을 양극 및 음극으로 사용하고 상기 양극과 음극 사이에 유기 전해액 또는 고분자 전해액을 넣어 리튬이온의 원활한 이동을 가능하게 하며, 양극 및 음극에서 삽입/탈리 될 때 일어나는 전기화학적 산화, 환원반응에 의하여 발생하는 전자가 전기에너지를 생성한다.
[리튬이온배터리 구성요소와 재료개발의 필요성]전 세계적으로 차세대 에너지원을 우선적으로 확보하기 위한 경쟁 상태에 돌입해 있고 그러한 에너지원으로 인해 국가간 분쟁도 일어나도 있는 실정이다. 현재 리튬이차전지가 전기자동차와 에너지 저장장치로서 각광을 받고 있어 이에 따라 전지를 구성하는 소재 확보가 문제점으로 지적되고 있다.
리튬이차전지 산업은 크게 셀 제조업과 소재산업으로 분류할 수 있다. 셀 제조업은 이차전지를 생산하는 것이며, 소재산업은 리튬이차전지를 이루는 양극활물질, 음극활물질, 분리막, 전해질을 생산하는 것이다.
4대 핵심소재산업에서는 양극재, 음극재, 전해질, 분리막으로 구성되며 스마트폰, 전기자동차 등 각각의 응용처에서 요 구하는 성능에 맞추어 다양한 성능의 이차전지가 개발되고 있으며 셀 제조업에서는 소형 이차전지의 경우 주로 스마트폰 등 휴대용 전자기기에서 사용되며 중대형 이차전지의 경우 전기자동차 대용량 에너지저장장치 등에 사용되는 이차전지를 생산하고 있다.
하지만 리튬이차전지 원가의 50~60% 가량은 소재가 차지하고 있는 상황에서 리튬이차전지를 생산하는 셀 제조업의 발전발전과 더불어 소재산업에도 충분한 관심과 연구가 필요하다. 소재산업에서는 무엇보다도 배터리의 원료가 되는 리튬, 니켈, 코발트 등에 대한 확보대책과 함께 소재분야에서의 획기적인 재료 개발이 필요할 때다.
배터리 시장조사업체들은 2016년 25GWh였던 글로벌 배터리 시장이 2020년 110GWh로, 2025년 350GWh 이상 성장할 것으로 전망하면서 리튬이온배터리 구조 중 두 가지 부분에 주목하였다 .
1. 배터리 시장 급성장으로 이차전지 소재인 양극재(리튬, 코발트, 니켈, 망간) 및 음극재(흑연)의 가격도 급등하고 있다.
2. 대표적 양극재 소재인 코발트의 경우 2016년 말 이후 가격이 2.5배 이상 급등하였고 음극재인 흑연가격도 꾸준히 상승하고 있다.
[양극재]양극활물질은 전자를 받아 양이온과 함께 자신은 환원되는 물질을 말하며 리튬이온이차전지 전체 재료비의 40%를 차지하는 소재이다. 이 중 시장의 확대가 가장 기대되는 것은 양극재로 이 양극재에서도 시장의 대부분을 차지하고 있는 것이 리튬니켈코발트망간(NCM)이며 우리 기업들이 주목하고 있는 분야이다.
리튬이차전지는 양극과 음극사이에 리튬이온의 이동으로 충전과 방전이 수백 회 이상 반복되며 이 전지를 구성하는 핵심 부품소재 가운데 원가 비중이 35%로 가장 높고 성능에 영향을 많이 주는 것이 양극재이며 이차전지를 생산하는데 가장 핵심 재료로 구성하는 재료에 따라 LCO(리튬코발트), NCM(리튬니켈코발트망간), NCA(리튬니켈코발트알루미늄), LMO(리튬망간), LFP(리튬철인) 등으로 구성되어 있으며 가장 대표적인 소재는 코발트, 니켈, 망간 등이 있다.
[음극재]음극활물질이란 산화시 전자를 방출하는 소재로 리튬이온전지 재료의 10% 정도를 차지하며, 초기 리튬금속전지에서는 리튬을 직접 활용하였지만 위험성 등의 문제로 다른 물질로 대체되었다. 리튬 금속을 대체할 음극재료가 갖추어야 할 요건들은 다음과 같다. [금속 리튬의 전극전위에 근접한 전위를 가져야 하며, 부피당 무게당 에너지 밀도가 높아야 한다. 뛰어난 충방전 안전성을 가지며 고속 충방전에 견딜 수 있어야 한다.}
음극재는 양극재와 함께 전기를 생산하는 주요 재료이나 비중은 약 10%로 양극재에 비해서 상대적으로 재료비에서 차지하는 비중은 낮지만 연간 평균 15~30% 사이의 성장률로 2025년 음극재시장규모는 76억달러까지 성장할 것으로 예상되며 이는 현재 시장규모의 4배 이상이 될 전망이다.
음극재의 에너지 밀도 개선을 위해서 전극재료의 변경, 도포 기술의 향상, 전극 Packing 기술의 향상, 음극의 충방전 효율 향상 등이 있으나 전극재료의 변경을 제외한 수단은 이미 한계에 이른 것으로 판단되고 있다.
사실 더 오래 가고 빨리 충전되는 배터리를 만들려면 전극의 성능이 좋아야 한다. 현재 리튬이온배터리의 경우 음극재로 흑연이 널리 쓰이고 있다. 흔하고 싼 재료인데다 층상 구조라 틈새에 리튬이온이 쉽게 들어갔다가(충전) 나올 수 있고(방전), 이 과정이 반복돼도 안정적이기 때문이다. 다만 에너지 밀도가 높지 않고 충전 속도도 빠르지 않다.
이 약점을 극복하기 위해 유니스트의 조재필 교수 연구팀은 먼저 흑연의 가장자리를 살짝 부식시켜 리튬이온이 좀 더 쉽게 드나들 수 있게 하고, 여기에 실리콘 나노층을 입혀 에너지 밀도를 높였다. 그 결과 기존 흑연 음극에 비해 충전 시간과 속도가 모두 개선된 음극 소재를 개발하는 등 효과적인 전극재료의 변경을 위한 연구들이 진행중이다.
[반도체 시대를 지나 배터리 시대로]2019년 6월 10일~13일 칠레 산티아고에서 개최된 제11회 국제 리튬 컨퍼런스(11th nternational Lithium Supply & Markets Conference)에서는 리튬도 책임광물(Responsible Minerals)이라는 주장과 함께 사회적책임을 강조하였다.
이는 리튬이온배터리의 시대가 도래하며 이제 리튬의 생산과 품질만 생각해서는 안되고, 리튬이 인류생활에 큰 변화를가져올 제품 소재라는 사명감을 가져야한다는 주장인 것이다.
현재 리튬생산의 문제점으로 지적되고 있는 남미 고지대 생산지에서 원주민의 노동력을 착취하는 방식으로 원가절감을추진해서는 안된다는 압박과 무분별한 남미 고지대 용수 사용, 자연환경보호, 고지대 근로조건 준수등에 대한 간접적 압력을 부여한 것으로 해석할 수 있다.
또한 컨퍼런스에서는 2025년 리튬총수요를 821천톤으로 2018년대비 3.3배 성장할 것으로 예측하였다.이런 폭발적인 성장은 리튬수요가 전기자동차 배터리수요성장과 절대적으로 연동관계에 있다는 분석 아래에 예측된 것이다.
대용량배터리 장착 전기자동차 확대추세에 따라 전체리튬수요 중 전기자동차배터리 비중은 2018년 25%에서 2025년 64%로 급성장할 것이며 산업용제품, IT 기기,ESS, E-bike 등의 수요도 꾸준히 성장하나 절대량 측면에서 큰 영향력을 발휘하지는 못할 것으로 전망하고 있다.
현재 리튬이차전지의 최대 수요처는 노트북과 휴대폰과 같은 디지털 디바이스가 주를 이루고 있지만 추후 리튬이차 전지의 응용 분야는 휴대용 정보통신 기기에서 고용량 이차전지인 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 우주 및 항공 분야, 에너지 저장 시스템 등으로 확대되어 지속적인 시장 성장이 예측되고 있다.
결국 우리나라의 리튬이차전지 산업 중 셀 제조업과 소재산업 모두 수요에 맞게 적극적인 투자와 연구개발이 필요한 시점이라고 할 수 있다.
이번 2019년 노벨화학상을 세 명의 교수에게 부여하며 대중들에게 공개된 자료 중 이런 말이 있다.
“LITHIUM-ION BATTERIES : We have yet to see the overall consequences of this development”이 말처럼 지금까지도 엄청난 속도로 발전했지만 더 많은 중요한 발견이 배터리 기술에서 나올 것으로 기대하고 있고 앞으로 우리의 편의 뿐만 아니라 지구 및 지역 환경까지 아우르는 즉, 지구 전체의 지속 가능성에 기여하는 성과를 기대해봐도 좋을 것이다.
R.E.F 15기
김 상 재
리튬이온 배터리의 4대 요소 – 삼성SDI
다른 배터리에 비해 가볍고 높은 에너지 밀도로 고용량, 고효율 구현이 가능한 리튬이온 배터리는 소형 가전, IT 디바이스부터 전동공구, ESS, 전기차까지 두루 쓰이고 있습니다.
만약 전자가 도선이 아니라 전해액을 통해 이동하게 되면 전기를 사용할 수 없는 것은 물론이고, 안전성까지 위협 받게 되죠.
전자가 전해액을 통해 직접 흐르지 않도록 하고, 내부의 미세한 구멍을 통해 원하는 이온만 이동할 수 있게 만들죠.
18 thg 1, 2018 — 이러한 무선청소기가 세상에 나올 수 있었던 데에는 리튬이온 배터리가 한 몫 했습니다. 다른 배터리에 비해 가볍고 높은 에너지 밀도로 고용량, …
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2차전지 한 방 정리! [안될과학-긴급과학 X POSCO 포스코]
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리튬이온 배터리의 4대 요소
최근 대형 가전 회사에서 앞다투어 스틱형 무선청소기를 출시하고 있습니다.
어린이도 사용이 가능할 정도로 가벼우면서도 흡입력이 뛰어나 많은 사랑을 받고 있는데요.
이러한 무선청소기가 세상에 나올 수 있었던 데에는 리튬이온 배터리가 한 몫 했습니다.
다른 배터리에 비해 가볍고 높은 에너지 밀도로 고용량, 고효율 구현이 가능한 리튬이온 배터리는 소형 가전, IT 디바이스부터 전동공구, ESS, 전기차까지 두루 쓰이고 있습니다.
오늘은 리튬이온 배터리, 그 속을 알아보겠습니다.
삼성SDI의 리튬이온 배터리
리튬이온 배터리의 4대 구성요소 – 양극, 음극, 전해액, 분리막
리튬이온 배터리는 크게
4개의 구성요소로 이루어지는데요,
양극, 음극, 전해액, 분리막이 바로 그 주인공이랍니다.
하나라도 빠지면 배터리 역할이 불가능한 필수적인 존재들이죠.
리튬이온 배터리의 4대 요소
▶ 리튬이온 배터리의 용량과 전압을 결정하는 ‘양극’
‘리튬이온’ 배터리는 리튬의 화학적 반응으로 전기를 생산하는 배터리죠.
그래서 당연히 리튬이 들어가게 되는데 그 공간이 바로 ‘양극’입니다.
하지만 리튬은 원소 상태에서는 반응이 불안정해서 리튬과 산소가
만난 리튬산화물이 양극에 사용되는데요.
리튬산화물처럼 양극에서 실제 배터리의 전극 반응에 관여하는 물질을
‘활물질’이라고 부릅니다.
즉, 리튬이온 배터리의 양극에서는
리튬산화물이 활물질로 사용되는 것이죠.
양극을 조금 더 자세히 살펴보면,
양극의 틀을 잡아주는 얇은 알루미늄 기재에 활물질과 도전재 그리고 바인더가 섞인 합제가 입혀져 있습니다.
활물질은 리튬이온을 포함하고 있는 물질이고,
도전재는 리튬산화물의
전도성을 높이기 위해서 넣고,
바인더는 알루미늄기재에 활물질과 도전재가 잘 정착할 수 있도록 도와주는
일종의 접착 역할을 합니다.
이렇게 만들어진 양극은 배터리의 특성을 결정짓는 중요한 역할을 하는데요,
어떤 양극활물질을 사용했느냐에 따라 배터리의 용량과 전압이 결정된답니다.
리튬을 많이 포함했다면 용량이 커지게 되고, 음극과 양극의 전위차가 크면 전압이 커집니다.
일반적으로 음극은 종류에 따라 전위의 차이가 작은데 반해
양극은 상대적으로 차이가 크기 때문에 양극이 배터리 전압을 결정짓는 데 중요한 역할을 합니다.
▶ 전자를 도선으로 내보내는 ‘음극’
음극 역시 양극처럼 음극 기재에 활물질이 입혀진 형태로 이루어져 있습니다.
음극 활물질은 양극에서 나온 리튬이온을 가역적으로 흡수/방출하면서 외부회로를
통해 전류를 흐르게 하는 역할을 수행합니다.
배터리가 충전상태일 때 리튬 이온은 양극이 아닌 음극에 존재하는데요,
이 때 양극과 음극을 도선으로 이어주면(방전) 리튬 이온은 자연스럽게 전해액을 통해
다시 양극으로 이동하게 되고, 리튬이온과 분리된 전자(e-)는 도선을 따라 이동하면서 전기를 발생합니다.
음극은 구리 기재 위에 활물질, 도전재, 바인더가 입혀지는데요,
음극에는 대부분 안정적인 구조를 지닌 흑연(Graphite)이 사용됩니다.
흑연은 음극 활물질이 지녀야 할 많은 조건들인 구조적 안정성, 낮은 전자 화학 반응성,
리튬 이온을 많이 저장할 수 있는 조건, 가격 등을 갖춘 재료로 꼽히고 있습니다.
▶ 이온만 이동시키는 ‘전해액’
앞서 양극과 음극을 설명할 때 리튬 이온은 전해액을 통해 이동하고,
전자는 도선을 통해 이동한다고 했는데요, 이온은 전해액으로 이동하고,
전자는 도선으로 이동하게 하는 것이 배터리에서 전기를 사용할 수 있는 가장 중요한 포인트랍니다.
만약 전자가 도선이 아니라 전해액을 통해 이동하게 되면 전기를 사용할 수 없는 것은 물론이고, 안전성까지 위협 받게 되죠.
전해액이 바로 그 역할을 수행하는 구성요소인데요,
양극과 음극 사이에서 리튬 이온을 이동할 수 있도록 하는 매개체인 셈입니다.
전해액은 리튬이온을 잘 이동시킬 수 있도록 이온 전도도가 높은 물질이 주로 사용된답니다.
전해액은 염, 용매, 첨가제로 구성되어 있습니다.
염은 리튬이온이 지나갈 수 있는 이동 통로, 용매는 염을 용해시키기 위해 사용되는 유기 액체,
첨가제는 특정 목적을 위해 소량으로 첨가되는 물질입니다.
이렇게 만들어진 전해액은 이온들만 전극으로 이동시키고, 전자는 통과하지 못하게 하는데요.
전해액의 종류에 따라 리튬이온의 움직임이 둔해지기도, 빨라지기도 합니다.
그래서 전해액은 까다로운 조건들을 만족해야만 사용 가능하죠.
▶ 양극과 음극의 절대장벽 ‘분리막’
양극과 음극이 배터리의 기본 성능을 결정한다면
전해액과 분리막은 배터리의 안전성을 결정짓는 구성요소라고 할 수 있습니다.
분리막은 양극과 음극이 서로 섞이지 않도록 물리적으로 막아주는 역할을 담당하고 있습니다.
전자가 전해액을 통해 직접 흐르지 않도록 하고, 내부의 미세한 구멍을 통해 원하는 이온만 이동할 수 있게 만들죠.
즉, 물리적인 조건과 전기 화학적인 조건을 모두 충족시킬 수 있어야 합니다.
현재 상용화된 분리막으로는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP)와 같은 합성수지가 있습니다.
지금까지 리튬이온 배터리의 성능을 좌우하는 4대 구성요소에 대해 살펴 보았습니다.
삼성SDI는 배터리 성능 발전을 위해 신소재에 대한 연구개발을 강화하며
기존 소재의 성능 향상과 핵심 기술에 대한 지속적인 연구 개발 노력도 계속하고 있습니다.
삼성SDI는 리튬이온 배터리의 고용량·고효율 혁신을 이끌어,
우리 삶의 풍요를 가져올 미래 배터리 산업을 이끌어 나갈 계획입니다.
[화학개론] 전지의 원리와 형태 – LG케미토피아
최초의 건전지는 1866년 프랑스에서 개발됐다. 음극은 아연이 쓰였고, 양극은 이산화망간이 쓰였다. 현재 가장 많이 사용되고 있는 리튬 전지는 1970년대 일본 Sanyo에서 개발했다. 당시 개발된 리튬 전지는 1차 전지로 양극은 이산화망간이 사용됐고, 음극은 리튬이 사용됐으며, 전압은 3V였다. 리튬은 은백색의 금속으로, 만지면 손가락의 물기에 의하여 검게 탈 정도로 수분에 민감하다. 리튬 1차 전지는 자동 카메라의 전원으로 사용되면서 세계적인 히트 상품이 됐다. Sanyo의 성공에 자극을 받은 Panasonic은 양극에 이산화망간 대신 불소 화합물을 사용한 리튬 1차 전지를 개발하면서 Sanyo와 경쟁했다. 북미, 유럽에 비하여 전지 후진국이었던 일본은 리튬 1차 전지의 개발을 계기로 세계적인 경쟁력을 확보하면서 성장하게 된다.
화학 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치인 전지의 4대 구성 요소는 음극, 양극, 분리막, 전해액이다. 산화 반응에 의해 전자를 만들어 제공하는 음극은 전자의 source가 되므로 “연료전극”이라고 하며, 자유 전자가 풍부한 아연, 납, 카드뮴, 리튬과 같은 금속이 사용된다. 양극은 음극에서 전자를 받고, 전해액을 통해 이온을 받아 환원반응을 일으키는 전극으로 이온을 받아들일 수 있는 공간이 충분한 산화물, 황화물 등의 세라믹이 주로 양극의 소재로 사용된다.양극과 음극이 접촉하면 화학 반응에 의해 열이 발생하면서 발화될 수 있기 때문에 양극과 음극의 접촉을 막기 위해 분리막이 추가로 필요하다. 전해액은 이온 전도의 매개체로 수소 이온이나 리튬 이온이 이동하는 통로 역할을 한다.
또한, 창의력의 상징이었던 Sony에서 상업화하였다는 것도 흥미로운 사실이다. Sony는 자사 캠코더의 경쟁력을 향상시킬 목적으로 리튬 이온 전지를 개발했다. 리튬 이온 전지에서 가장 많이 쓰이는 전지가 18650 원통형 전지로 지름 18mm, 높이 65mm 이다. Sony는 캠코더를 주로 사용하는 사람들이 중년의 동양 남자라는 것을 파악하고 중년의 동양 남자가 잡았을 때 가장 안정감을 느낄 수 있는 전지 크기로 18650 원통형 전지를 설계했다. 캠코더와 노트북에 사용되던 소형의 18650 원통형 전지가 미국 전기 자동차 업체인 Tesla Motors에서도 사용되고 있는데, Tesla Motors의 전기 자동차에는 7,104개의 18650 원통형 전지가 사용되고 있다.
27 thg 7, 2016 — 최근 디젤차 배출가스 등의 환경 이슈로 인해 전기차 배터리 시장 전망이 확대되고 있다. 앞으로 세 차례의 글을 통해 전지의 역사와 원리, 리튬 이온 …
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(광고아님) 배터리의 동작원리를 낱낱이 파헤쳐 보자!!
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[화학개론] 전지의 원리와 형태
‘전지’하면 무엇이 가장 먼저 떠오르는가? 일반적으로는 가장 많이 사용되는 건전지가 생각날 것이다. 최근 디젤차 배출가스 등의 환경 이슈로 인해 전기차 배터리 시장 전망이 확대되고 있다. 앞으로 세 차례의 글을 통해 전지의 역사와 원리, 리튬 이온 배터리의 적용 분야와 미래의 신재생에너지와 관련해 소개하고자 한다.
전지의 작용 원리
화학 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치인 전지의 4대 구성 요소는 음극, 양극, 분리막, 전해액이다. 산화 반응에 의해 전자를 만들어 제공하는 음극은 전자의 source가 되므로 “연료전극”이라고 하며, 자유 전자가 풍부한 아연, 납, 카드뮴, 리튬과 같은 금속이 사용된다. 양극은 음극에서 전자를 받고, 전해액을 통해 이온을 받아 환원반응을 일으키는 전극으로 이온을 받아들일 수 있는 공간이 충분한 산화물, 황화물 등의 세라믹이 주로 양극의 소재로 사용된다.양극과 음극이 접촉하면 화학 반응에 의해 열이 발생하면서 발화될 수 있기 때문에 양극과 음극의 접촉을 막기 위해 분리막이 추가로 필요하다. 전해액은 이온 전도의 매개체로 수소 이온이나 리튬 이온이 이동하는 통로 역할을 한다.
1차 전지
1차 전지는 캔 속의 용량이 다 소진되면 버리는 전지로 AA, AAA 등의 표준화된 사이즈로 되어 있으며 마트 등에서 쉽게 구입할 수 있다.
최초의 건전지는 1866년 프랑스에서 개발됐다. 음극은 아연이 쓰였고, 양극은 이산화망간이 쓰였다. 현재 가장 많이 사용되고 있는 리튬 전지는 1970년대 일본 Sanyo에서 개발했다. 당시 개발된 리튬 전지는 1차 전지로 양극은 이산화망간이 사용됐고, 음극은 리튬이 사용됐으며, 전압은 3V였다. 리튬은 은백색의 금속으로, 만지면 손가락의 물기에 의하여 검게 탈 정도로 수분에 민감하다. 리튬 1차 전지는 자동 카메라의 전원으로 사용되면서 세계적인 히트 상품이 됐다. Sanyo의 성공에 자극을 받은 Panasonic은 양극에 이산화망간 대신 불소 화합물을 사용한 리튬 1차 전지를 개발하면서 Sanyo와 경쟁했다. 북미, 유럽에 비하여 전지 후진국이었던 일본은 리튬 1차 전지의 개발을 계기로 세계적인 경쟁력을 확보하면서 성장하게 된다.
미국의 전지회사 Ray-o-vac에서는 20회 정도 충전 가능한 알칼리-망간 전지인 ‘알카바’를 개발했다. 1.5차 전지격인 알카바는 1차 전지와 2차 전지 시장을 모두 공략할 수 있을 것으로 기대를 모았으나 시장에서의 반응은 냉담했고 결국 어디에도 낄 수 없는 전지가 되어 시장에서 퇴출됐다.
2차 전지
2차 전지는 충전으로 재사용이 가능한 전지이다. 충전은 전기 에너지를 받아 전지가 젊어지는 것으로 일종의 회춘 과정이라고 할 수 있다. 충전으로 재사용이 가능한 2차 전지는 보통 충전 용량이 초기의 80%가 되었을 때를 수명이 다 된 것으로 정의한다. 휴대폰에 사용되는 전지의 경우는 수명이 500회 수준이다. 하지만 수명이 다 되었다고 해도 80%의 용량이 남아있어 휴대폰 사용에는 큰 지장이 없다.
최초의 2차 전지인 납축전지는 건전지가 발명되기 7년 전인 1859년 프랑스에서 발명됐다. 납축전지는 음극에 납, 양극에 산화납을 사용한 전지로 전해액은 황산 수용액이다. 평균 전압은 2V로 물의 전기분해 전압인 1.34V보다 높지만 kinetic barrier로 인하여 전해액이 분해되지는 않는다. 납축전지가 발명된지 거의 160년이 지난 지금까지 널리 사용되고 있는 것은 가격 대비 성능이 뛰어나기 때문이다.
1800년대 후반에 들어서면서 전신, 기차 등에 납축전지보다 우수한 2차 전지의 필요성이 증대되면서 1899년 스웨덴에서 니카드전지가 태어났다. 스웨덴처럼 추운 나라는 전통적으로 전기 화학이 강한데, 금속 표면에 전기 도금을 해야 오래 사용할 수 있기 때문이다. 니카드전지와 경쟁자로 등장한 것이 미국의 발명왕 에디슨이 개발한 니켈-철 전지다.
1960년대에 일본의 Sanyo가 휴대용 전자기기에 사용할 수 있는 밀폐형 소형 니카드전지를 개발했다. 밀폐형 니카드 전지의 핵심 기술은 과충전시 양극에서 발생하는 산소 가스가 음극에서 흡수되어 과충전에 의한 가스 발생을 막는 것으로 “oxygen recombination mechanism”이라고 한다. 이 전지의 개발로 2차 전지의 시장이 자동차와 산업용에서 휴대용 전자기기로 영역이 넓혀지면서 건전지 시장을 잠식했을 뿐만 아니라 휴대용 전자기기 시장 활성화에 크게 기여하게 된다.
2차 전지 개발 경쟁
가장 먼저 새로운 2차 전지를 시장에 선보인 나라는 캐나다였다. 1980년대 전지 강국 중 하나였던 캐나다의 실력 있는 과학자, 기술자들이 모여서 전지 venture를 만들었는데 이 업체가 Moli Energy이다. Moli Energy는 고용량, 장수명의 획기적인 전지인 리튬 2차 전지를 MOLICEL이라는 브랜드 명으로 1988년 출시했다. MOLICEL은 일본 NEC의 휴대폰에 장착되어 사용되면서 사람들의 관심을 끌었고 북미, 유럽, 일본의 2차 전지 개발 경쟁은 이렇게 북미의 승리로 막을 내리는 듯 보였다.
그러나 역사는 반전이 있기 마련이다. 동경의 길바닥에 휴대폰이 떨어져 있었다. 지나가는 행인이 호기심에 휴대폰을 집어 들고 귀에 대는 순간 휴대폰에서 불이 나게 된다. Moli Energy의 리튬 2차 전지가 장착된 NEC 휴대폰이었다. 이 사건으로 1989년 8월 NEC는 대대적으로 휴대폰을 리콜했고 캐나다의 Moli Energy는 도산해 후에 NEC로 흡수된다.
이런 혼란 속에서 새로운 전지 2개가 일본에서 탄생된다. 도시바 전지와 Panasonic은 1990년에 니카드전지에서 카드뮴 음극을 수소 저장 합금으로 교체한 니켈수소전지를 상업화한다. 이어서 Sony가 기존 전지보다 전압이 3배 높고, 수명이 1000회가 넘는 획기적인 전지인 리튬 이온 전지를 1991년 상업화했고, 새로운 전지의 주인공이 된 일본은 북미와 유럽을 제치고 전지의 새로운 강자로 등극하게 됐다.
리튬 이온 전지
리튬 이온 전지는 리튬 금속을 흑연으로 교체한 전지로 리튬 전지를 안전하게 사용하기 위한 노력의 결과로 발명됐다. 리튬이 충방전시 음극과 양극을 왔다 갔다 한다고 하여 SWING(그네) 전지라고 한다. Sony는 리튬이 원자가 아니라 이온의 형태로 존재하기 때문에 Moli Energy의 리튬 전지와 같은 발화 사고가 일어나지 않을 것이라는 점을 강조했고 그들의 SWING 전지를 리튬 이온 전지라고 불렀다. 리튬 이온 전지는 지금까지 개발된 전지 중에서 부피, 무게당 에너지 용량이 가장 크고, 가장 오래 쓸 수 있는 2차 전지이다.
또한, 창의력의 상징이었던 Sony에서 상업화하였다는 것도 흥미로운 사실이다. Sony는 자사 캠코더의 경쟁력을 향상시킬 목적으로 리튬 이온 전지를 개발했다. 리튬 이온 전지에서 가장 많이 쓰이는 전지가 18650 원통형 전지로 지름 18mm, 높이 65mm 이다. Sony는 캠코더를 주로 사용하는 사람들이 중년의 동양 남자라는 것을 파악하고 중년의 동양 남자가 잡았을 때 가장 안정감을 느낄 수 있는 전지 크기로 18650 원통형 전지를 설계했다. 캠코더와 노트북에 사용되던 소형의 18650 원통형 전지가 미국 전기 자동차 업체인 Tesla Motors에서도 사용되고 있는데, Tesla Motors의 전기 자동차에는 7,104개의 18650 원통형 전지가 사용되고 있다.
리튬 이온 전지는 전해액에 유기 용매를 사용하기 때문에 발화, 폭발의 위험성이 높다. 이런 위험성을 방지하기 위해 Sony에서는 과충전, 과방전, 과전류에서 전류를 차단해 안전성을 유지하는 보호회로를 개발해 전지에 장착했다. 전자회로의 전원으로 사용되는 전지를 안전하게 구동하기 위하여 보호회로라는 전자 회로가 부착되어야 하는 모순적인 상황이 발생한 것이다.
모든 영역의 시장에서 경쟁력 있게 사용할 수 있는 전지를 만능 전지(universal batteries) 라고 한다. 보호 회로의 도움을 받았지만 리튬 이온 전지는 우수한 성능으로 만능 전지에 접근해 가고 있다. 또한, 지속적인 성능 향상으로 미래 고성장이 예상되는 자동차용 전지 시장에 주력 전지로 자리매김 하고 있다.
주제에 대한 관련 정보 리튬 이온 전지 원리
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