배터리의 종류

출처 : 삼성 SDI 홈페이지

2차 전지의 종류

2차 전지는 화학 반응에 의해 충전 및 방전이 가능한 전지로, 대표적인 종류는 다음과 같습니다.

리튬 이온 배터리: 스마트폰, 노트북 등의 이동성이 높은 전자기기에서 가장 많이 사용되는 배터리로, 가볍고 소형이면서도 높은 에너지 밀도를 가지고 있습니다.

납-산화물 배터리: 자동차나 UPS(무정전 전원 공급장치) 등 대용량 전기 에너지를 필요로 하는 곳에서 사용됩니다.

니켈-수소 배터리: 스마트폰, 카메라 등에서 사용되는 니켈-카드뮴 배터리의 대안으로 개발된 배터리로, 용량이 크고 안전성이 높은 장점이 있습니다.

유전체 배터리: 전해질 대신 고분자를 사용해 전기를 축적하고 방출하는 방식으로, 노키아에서 개발된 플렉시블 배터리 등에 사용되고 있습니다.

나트륨-황 배터리: 나트륨과 황의 화학 반응을 이용해 전기를 축적하고 방출하는 배터리로, 리튬 이온 배터리와 비교할 때 재료 비용이 저렴하다는 장점이 있습니다.

고체 전해질 배터리: 전해질이 액체나 젤 상태가 아니라 고체 상태로 되어 있는 배터리로, 안전성과 에너지 밀도 등 성능이 향상될 가능성이 있습니다. 이 외에도, 수소 연료 전지, 유기 전자소자 배터리 등 다양한 종류의 2차 전지가 개발 및 연구되고 있습니다.

 

전고체 배터리란?

전고체 배터리는 전해질이 액체나 젤 상태가 아니라 고체 상태로 되어 있는 배터리로, 최근 몇 년간 배터리 분야에서 가장 뜨거운 주제 중 하나입니다. 전고체 배터리는 기존의 리튬 이온 배터리와 달리 전해질이 액체가 아니기 때문에 누출이나 가스 발생 등의 안전성 문제가 적고, 높은 에너지 밀도와 긴 수명, 빠른 충전 속도 등의 성능 향상도 기대할 수 있습니다. 기존의 리튬 이온 배터리는 전해질로서 유동성이 있는 유기 용제를 사용하기 때문에, 고온이나 충격 등의 외부 자극에 취약하고, 안전성 문제가 발생할 수 있습니다. 또한, 전해질 내에서 이온의 이동이 어려워 충방 전류가 낮아 에너지 밀도도 상대적으로 낮습니다. 이와 달리 전고체 배터리는 고체 전해질을 사용하기 때문에 안전성이 높고, 고온이나 충격에도 강하며, 에너지 밀도와 수명 등의 성능이 크게 향상될 수 있습니다. 하지만, 전고체 배터리의 단점으로는 아직까지 기술적인 한계가 있어 대량 생산에는 어려움이 있습니다. 또한, 기존 리튬 이온 배터리와는 다른 구조로 인해 생산 비용이 높을 수 있습니다. 따라서 현재까지는 전고체 배터리 기술에 대한 연구와 개발이 이루어지고 있으며, 시간이 지나면서 더욱 발전하고 보급되어 일반적인 배터리로 사용될 가능성이 높습니다.

 

배터리의 소재에 대해서

배터리의 소재는 다양한 종류가 있지만, 대표적인 것들은 다음과 같습니다.

양극재: 양극재는 배터리에서 전하를 받아들이는 역할을 합니다. 대표적으로는 코발트, 니켈, 망간 등이 사용됩니다.

음극재: 음극재는 배터리에서 전하를 방출하는 역할을 합니다. 대표적으로는 그래핀, 석탄 등의 탄소 소재가 사용됩니다. 전해질: 전해질은 양극과 음극 사이에서 이온의 이동을 가능케 해 전기 에너지를 전달하는 역할을 합니다. 대표적으로는 리튬 이온, 나트륨 이온 등이 사용됩니다.

분리막: 분리막은 양극과 음극을 분리하여 전해질 내의 이온 이동만 가능케 합니다. 대표적으로는 폴리머 소재 등이 사용됩니다.

이 외에도, 배터리 소재로는 금속류, 세라믹 등이 사용될 수 있습니다. 최근에는 전고체 배터리에서는 고체 전해질인 고분자나 유리 등의 소재가 사용되기도 합니다. 배터리 소재는 기술의 발전과 함께 지속적으로 연구되고 있으며, 성능 개선과 안전성 향상을 목표로 다양한 연구가 이루어지고 있습니다.

 

개발중인 배터리는?

고체 전해질 배터리: 전해질이 액체나 젤 상태가 아니라 고체 상태로 되어 있는 배터리로, 안전성과 에너지 밀도 등 성능이 향상될 가능성이 있습니다.

수소 연료전지: 수소와 산소를 이용해 전기 에너지를 생산하는 배터리로, 친환경적이며 높은 에너지 밀도를 가지고 있습니다. 이온히터프로덕션 배터리: 이온 히터프로덕션(Ion Heater Production) 방식을 이용해 전기를 생산하는 배터리로, 기존 배터리와 비교할 때 안전성이 높고 충전 시간이 단축될 수 있습니다.

알루미늄-그래핀 배터리: 알루미늄과 그래핀을 이용해 만든 배터리로, 에너지 밀도가 높고 충전 시간이 짧다는 장점이 있습니다.

고성능 카본 배터리: 그래핀, 나노튜브 등의 탄소 소재를 이용해 만든 배터리로, 에너지 밀도와 수명이 개선될 수 있습니다. 고용량 황 배터리: 황을 이용한 배터리로, 용량이 크고 친환경적입니다. 이 외에도, 나노기술, 인공지능 등 다양한 기술을 활용한 배터리 연구와 개발이 이루어지고 있습니다.

 

2차 전지 활용처

2차 전지는 다양한 분야에서 사용되고 있습니다. 주요적으로는 이동형 전자제품, 전기자동차, 에너지 저장 시스템 등이 있습니다.

이동형 전자제품: 스마트폰, 태블릿, 노트북, 카메라 등과 같은 이동형 전자제품에 사용됩니다.

전기자동차: 전기자동차에서는 배터리 팩에 축적된 전기를 이용해 모터를 움직여 주행합니다.

에너지 저장 시스템: 태양광, 풍력 등으로 생산되는 재생에너지를 저장하고 사용할 수 있는 에너지 저장 시스템에 사용됩니다.

의료 분야: 의료용 보조전원, 심박측정기, 혈당계 등에 사용됩니다.

군사 분야: 군사용 장비, 무인항공기, 탄도미사일 등에 사용됩니다.

가정용 에너지 저장: 가정에서 생산되는 태양광 등의 에너지를 저장하여 사용할 수 있습니다.

기타 분야: 드론, 로봇, 휴대용 차량, 휴대용 충전기 등 다양한 분야에서 사용됩니다.