[e돋보기] 차세대 리튬 배터리

[양태훈기자] 배터리는 두 가지 전극(양극과 음극)을 전해질(전극의 산화 및 환원 반응이 일어나도록 하는 매체)에 잠가 화학반응을 유도, 전기에너지를 발생시키는 것이 기본 원리다.

리튬 폴리머 배터리는 리튬 이온 배터리의 양극, 전해질, 음극 중 하나에 폴리머(고분자) 성분을 이용한 것을 말한다. 현재 주로 양산되는 폴리머 배터리는 젤 형태의 폴리머 전해질을 사용하는 방식이다.

양극의 활물질로는 리튬코발트산화물이나 리튬망간을, 음극의 활물질로는 탄소(카본)를 사용, 유기액체전해질을 사용해 누액이나 발화, 폭발 등의 위험성을 갖고 있는 리튬 이온 배터리의 단점을 극복한 것.

더불어 리튬 이온 배터리 대비 안정적이면서 배터리의 두께를 1밀리미터(mm) 이하로 줄일 수 있어 다양한 형태의 배터리 제작이 가능한 것도 장점이다.

플렉서블 스마트폰이나 웨어러블 기기에 사용이 적합한 것으로 평가, 삼성SDI와 LG화학 등이 이에 적합한 플렉서블 배터리 등을 차세대 제품으로 개발 중이다.

현재 리튬 이온·폴리머 배터리 시장은 전기차(EV) 및 에너지 저장 장치(ESS) 시장의 성장에 따라 급격한 성장이 이어지고 있다.

업계추산으로 세계 전기차 시장은 오는 2020년 630만대 규모를 달성, 전기차 배터리 규모도 182억 달러(한화 21조3천668억원)를 기록할 전망이다.

하지만 리튬 이온·폴리머 배터리의 주요 원료인 '리튬'은 매장량 한정으로 오는 2020년 전후 고갈이 예상되고 있어 관련 업계에서는 '리튬 에어 배터리' 등 차세대 배터리 연구개발이 한창이다.

리튬 에어 배터리는 리튬 이온 배터리와 달리 양극에 대기 중의 산소를 활물질로 사용하는 방식을 말한다.

다공질(작은 구멍이 많이 있는 물질) 탄소, 금속 리튬을 각각 양극과 음극으로 사용, 리튬 이온이 음극에서 양극으로 이동 시 산소와 반응할 때 생기는 화학반응을 전기에너지로 환원한다. 리튬 이온 배터리 대비 에너지밀도가 8배 이상 높다.

업계에서는 산소가 자연계에서 무한히 얻을 수 있는 자원인데다 리튬 에어 배터리의 에너지밀도 수준이 가솔린과 유사한 특징을 가지고 있어 미래 전기자동차용 배터리로 양산화를 추진 중이다.

국내의 경우, 삼성종합기술원·LG화학·현대차그룹 등의 기업들이 리튬 에어 배터리를 개발하고 있다.