2차전지 / 이차전지 : 리튬이온배터리 외에 차세대 배터리

차세대 전지

인트로

현재 이차전지 / 2차전지 시장은 리튬이온배터리가 장악하고 있다고 해도 과언이 아니다.

하지만, 리튬의 값이 비싸지고, 전기차의 보급으로 에너지 밀도가 높은 중대형 전지가 관심을 받게 되면서 

리튬이온전지를 대체할 차세대 배터리에 대한 연구가 진행되고 있다. 

 

오늘은 자세한 설명없이 키워드 중심으로 어떤 분야에 대해서 연구가 되고 있는 지 알아보는 시간을 가져 볼 것이다.

 

징크-망간 2차전지 / 이차전지

징크-망간 전지는 흔히 건전지라고 불리는 일차전지의 소재로 쓰이고 있다. 

하지만, ESS (energy storage system)용으로 현재 연구가 진행이 되고 있으며, 

높은 안전성과 수계 전해질을 쓴다는 장점, 그리고 비용 절감 측면에서 다양하게 연구가 진행되고 있다.

 

sodium ion battery / 소듐이온배터리 / 소듐배터리/ 나트륨배터리

리튬의 가격상승과 매장량의 한계 등으로 배터리 가격 잡기가 힘든 요즘 

아무래도 cost 절감이 최근 이슈 중에 큰 부분을 차지하는 것 같다.

리튬보다 매장량이 풍부하고, 안전하고, 싼 소듐이온배터리에 대한 연구는 10년 전부터 꾸준히 연구되고 있는 주제다.

하지만, 리튬이온보다 큰 소듐이온 / 나트륨이온은 전기화학반응에서 리튬이온배터리보다 느리게 일어나기 때문에 

중대형 전지에 쓰이는 고출력 배터리로써는 아직 부족한 면이 많다.

 

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리튬메탈배터리 / 리튬배터리 

리륨이온이 아닌 리튬메탈을 사용하게 되면 에너지밀도가 비약적으로 상승하는 것은 누구나 공감할 만한 사실이다.

하지만 안전의 문제에 있어서는 가장 취약하다고 볼 수 있다.

리튬메탈은 일차전지를 사용이 가능하지만 이차전지로는 부족한 면이 보이는데,

이는 충/방전이 진행되면서 뾰족하게 자라나는 덴드라이트 때문이라고 볼 수 있다.

이로 인해 음극과 양극이 직접적으로 닿아 발열 및 폭발로까지 이어질 수 있는데, 수많은 단점이 있지만 궁극적으로 안전의 문제로 인해 아직까지 상용화가 어렵다고 볼 수 있다.

 

 

전고체전지 / 전고체배터리 / 전고체2차전지

이러한 리튬메탈의 덴드라이트를 물리적으로 막기 위해 전해질을 고체로 사용하는 전고체의 컨셉이 나왔다.

하여 전고체배터리와 리튬메탈배터리는 같이 연구가 되고 있는데, 물리적으로 어느정도 막는 건 가능해졌지만,

궁극적으로 덴드라이트를 억제하기엔 한계가 보였고, 그 부분에 대해선 꾸준히 연구되고 있다.

 

또한 리튬메탈배터리가 상용화가 되었을 때 공정상의 문제 그리고 더 고 에너지 밀도를 달성하기 위해 anode-free 시스템을 같이 연구를 하고 있으며 아직까지 연구단계에 있다고 볼 수 있다.

 

 

마치며

이 밖에 차세대배터리는 다양하게 개발이 되고 있다. 특히 multivalent ion 배터리, 즉 마그네슘, 칼슘, 알루미늄 배터리 등도 연구가 활발히 진행되고 있지만, 상용화 되기엔 위에 나열된 배터리에 비해 한참 멀었거나 연구단계에서 발전이 더 안될 것 같아서 따로 추가하지 않았다.

 

전공자로서 리튬이온배터리 / 리튬2차전지 / 리튬이온전지 에서 다른 시스템으로 가려면 아직 많은 연구가 필요하다고 생각이 들고, 향후 최소 몇 년간은 리튬이온배터리가 메인을 계속 형성할거라 생각이 든다.