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SK이노베이션은 리튬이온 배터리 단점 보완한 전고체 배터리를 개발 착수하였다고 합니다. 고무 형태의 전고체 배터리 개발에 착수하였다는 소식이며 자세한 내용을 알아보도록 하겠습니다. 

전기 자동차의 단점 중 하나는 짧은 주행거리입니다. 

그러나 최근 주행거리를 대폭 개선한 전기차가 출시되고 있지만 여전히 주행거리는 숙제로 남아있습니다. 

전기차의 주행거리를 늘리기 위해선 전기차에 탑재된 배터리의 성능을 높여야 합니다. 최근 전 세계 배터리 업체들이 에너지 효율을 높이기 위한 연구가 한 장인 이유입니다. 

최근 배터리 업체가 주목하는 전고채 배터리인 것입니다. 

전고체 배터리는 기존 배터리에 비해 에너지 효율이 높을 뿐만 아니라 안전성 면에서도 우수하다는 평가를 받고 있습니다. 

전고체 배터리는 기존 배터리에 비해 에너지 효율이 높을 뿐만 아니라 안전성 면에서도 우수하든 평가를 받고 있습니다. 

꿈의 배터리라고 불리는 전고체 배터리에 대해서 알아보도록 하겠습니다. 

현제 전기차 탐재된 배터리 대부분은 리튬이온 배터리입니다. 

▶리튬이온 배터리 

1. 양극
2. 음극
3. 전해질
4. 분리막

으로 구성됩니다. 여기서 주목해야 할 것은 전해질입니다. 액체 형태인 전해질은 양극과 음극 사이를 리튬이온이 이동할 수 있도록 도와주는 물질입니다. 

전고체 배터리는 액체 형태의 전해질을 고체로 바꾼 배터리입니다. 

고체 전해질은 양극과 음극의 접촉을 차단하는 분리막 역할까지도 합니다. 이덕분에 리튬전지에 비해 구조도 단순합니다. 

전고체 배터리는 리튬이온 배터리에 비해 에너지 효율이 높다는 장점이 있습니다. 에너지 효율이 높으니 같은 크기의 배태리여도 전기차의 주행거리를 개선할 수 있습니다. 

또 액체 형태의 전해질은 온도 변화에 더 민감하며 온도가 낮아지면 전해액의 움직임이 둔해지게 됩니다. 

이는 배터리 충전 효율을 낮추게 됩니다. 

겨울철에 스마트폰이 금방 방전되거나 전기차의 주행거리가 감소하는 게 이러한 이유 때문이라 합니다. 

반면 전고체 배터리는 전해질이 고체 형태이므로 온도 변화에 덜 민감하게 되는 것입니다. 

전고체 배터리의 또 다른 장점은 안전성입니다. 

리튬이온 배터리의 치명적 단점 중 하나가 안전 문제입니다. 액체 전해질이 고채 전해질보다 폭발 가능성이 훨씬 높게 됩니다. 또 외부 충격이 가해질 경우 액체가 셀 우려도 있고 전해질이 누액 되면 배터리 화재 가능성도 높아진다고 합니다. 

반면 전고체 배터리는 전해질이 고체 형태이다 보니 구조적으로 단단해 안정적입니다. 

배터리 팽창 우려도 없어 폭발 가능성이 현저히 낮고 화재 가능성은 이론상으론 0%라고 합니다. 

최근 SK이노베이션은 이숭우 미국 조지아공대 교수와 협력해 전고체 배터리 개발에 착수하였다고 합니다. 

이교수는 한국 과학 기술원(KAIST)과 함께 구모 형태의 고채 전해질을 개발한 학자로서 이교의 전고체 배터리 관련 논문이 세계적 학술지인 네이처 지에 최근 등재되기도 했습니다. 

고무 형태의 고채 전해질은 전고체 배터리 상용화를 앞당길 기술로 평가되고 있으며 

이온 전도도(이온이 잘 흐르는 정도)를 기존 고채 전해질보다 100배 끌어올렸다고 합니다. 이온전도도가 높아지면 배터리 내부에서 리튬 이온이 빠르게 전달돼 배터리 성능을 높일 수 있습니다. 

또 전해질이 신충성이 뛰어난 고무 형태라 리튬이 나뭇가지처럼 뾰족하게 자라나는 덴트 라이트 현상으로부터 전해질을 보호할 수 있다고 하며 에너지 효율과 안전성이 한층 더 개선됐다는 이야기가 됩니다. 

이번에 개발한 고무 형태의 전고체 배터리를 상용화하면 현재 400~500km 수준의 전기차 주행 거리를 800km 수준까지 늘릴 수 있다고 기대하고 있습니다. 

고무전 고체 배터리를 탑재하고 도로 위를 달리는 전기차의 모습을 기대합니다.

배터리 양극과 음극 사이의 전해질이 고체로 된 2차 전지로, 에너지 밀도가 높으며 대용량 구현이 가능합니다.  또 전해질이 불연성 고체이기 때문에 발화 가능성이 낮아 리튬이온 배터리를 대체할 차세대 배터리로 꼽히고 있습니다.

전기를 흐르게 하는 배터리 양극과 음극 사이의 전해질이 액체가 아닌 고체로 된 차세대 2차 전지(충전해서 반영구적으로 사용하는 전지)입니다. 

현재 가장 많이 사용되는 2차전지인 리튬이온 배터리의 경우 액체 전해질로 에너지 효율이 좋지만, 수명이 상대적으로 짧고 전해질이 가연성 액체여서 고열에 폭발할 위험이 높습니다.

반면 전고체 배터리는 전해질이 고체이기 때문에 충격에 의한 누액 위험이 없고, 인화성 물질이 포함되지 않아 발화 가능성이 낮아 상대적으로 안전합니다.

또 액체 전해질보다 에너지 밀도가 높으며 충전 시간도 리튬이온 배터리보다 짧습니다. 여기다 대용량이 구현이 가능해 정말 충전할 경우 전기차의 최대 주행거리를 800km로 늘릴 수 있습니다. 특히 전고체 배터리는 확장성이 높아 플렉시블(flexible) 배터리로 활용할 수 있어 리튬이온 배터리를 대체할 기술로 주목받고 있습니다.

그러나 고체 전해질의 경우 액체 전해질보다 전도성이 낮아 효율이 떨어진다는 문제가 있습니다. 또 2020년 5월 현재까지 전고체 배터리 양산에 성공한 기업은 없으며 배터리 규격 국제 표준화, 수명 예측 기술 개발 등이 필요해 상용화에는 시간이 걸릴 전망입니다.

자동차-배터리 업계,
전고체 배터리 탑재 전기차 상용화 위한 기술 개발

전고체 배터리가 전기차용 차세대 배터리로 급부상하면서 자동차 업체와 배터리 개발 업체 간의 협업이 활발해지고 있습니다. 일본 도요타와 파나소닉은 자동차용 배터리 생산을 위해 '프라임 플래닛 에너지 앤드 솔루션스'를 설립했으며, 독일 폭스바겐은 퀀텀스케이프와 2025년까지 양산 라인을 구축하기로 했습니다.
국내에서는 2020년 5월 이재용 삼성전자 부회장과 정의선 현대차 수석부회장이 회동을 갖고 전고체 배터리 기술 개발 및 사업 협력 방안을 논의한 바 있습니다.

촐처: pmg 지식 엔진 연구소, 박문각