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2025-09-26 (금)

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NASA, 리튬 배터리 에너지 밀도 '획기적' 개선

높은 에너지 효율로 주목 받아온 리튬 배터리가 환경 문제와 비싼 비용 문제로 여론의 뭇매를 맞고 있다. 에너지 기업들은 이에 대응해 대체재와 새로운 처리 기술 개발에 열을 올리고 있다. 이러한 가운데 미국 항공우주국(NASA)이 리튬을 대체하면서도 에너지 밀도를 눈에 띄게 개선했다는 소식이 전해져, 산업계에 큰 주목을 받고 있다. 미국 매체 '굿뉴스네트워크(GoodNewsNetwork)'는 나사가 기존 리튬 이온 배터리보다 배터리 수명과 방전 능력이 월등히 뛰어난 새로운 기술을 연구 중이라고 전했다. 현재 전기차의 핵심 기술로 자리 잡고 있는 리튬 이온 배터리는 사용 시간이 길어질수록 과열과 화재 위험, 전원 손실 등의 문제를 안고 있다. 이에 나사의 최신 프로젝트인 'SABERS(Solid-state Architecture Batteries for Enhanced Rechargeability and Safety)'는 이 문제점을 해결할 수 있는 고체 상태 배터리 팩 개발에 성공했다. 나사의 이번 연구 성과가 상용화된다면 전기차는 물론 다양한 전자기기의 배터리 수명과 안전성 문제에 긍정적인 영향을 미칠 것으로 보인다. SABERS는 항공 분야의 중대한 도전과제를 극복하기 위해 설계된 나사의 'CAS(Convergent Aeronautics Solutions)' 프로젝트에서 투자를 받아왔다. 이 프로젝트의 주요 연구 목표는 배터리를 활용한 항공기 운용이다. 현재 항공기는 전 세계 온실가스 배출량 중 약 2%를 차지하고 있어, 환경 오염 문제의 주요 원인 중 하나로 꼽힌다. 배터리는 탄소 배출이 많은 제트 연료에 대한 잠재적인 개선책으로 간주된다고 굿뉴스네트워크는 설명했다. SABERS의 최근 연구 성과로, 고체 상태 배터리는 지난해 시장의 다른 제품들보다 10배나 빠른 에너지 방출 속도를 보였으며, 기술 개선을 통해 이 수치가 추가로 5배 향상됐다. 또한 배터리 내의 황과 셀레늄 셀은 케이스 없이 직접 적층되어 무게 절감이 가능하다. 이로 인해 여러 배터리를 분리 과정 없이 쉽게 쌓을 수 있어 효율성이 높아졌다. 나사의 글렌 연구 센터에서 활동 중인 SABERS팀의 수석 연구원 로코 비기아노(Rocco Viggiano) 박사는 "현대 배터리 중 가장 첨단으로 여겨지는 리튬 이온 배터리에 비해, 새롭게 연구 중인 배터리의 에너지 저장 능력이 2~3배 높아질 것이며, 이에 따른 배터리의 중량도 30~40% 감소할 것"이라고 밝혔다. 또한 SABERS 연구팀은 이번 연구 성과로 현재 전기 자동차의 2배에 해당하는 1kg당 500와트시로 물체에 동력을 공급할 수 있게 됐다. 나사는 "올해 SABERS 프로젝트의 핵심 목표는 배터리의 성능이 에너지 및 안전 기준을 만족하면서도 실제 환경에서 최대 출력에서도 안전하게 작동할 수 있다는 것을 입증하는 것이었다"고 전했다. 나사의 SABERS 팀은 배터리 연구를 위해 조지아 공과대학과 협력을 펼쳐왔다. 비기아노 박사는 "조지아 공과대학은 배터리 셀의 작동 중 미세한 변화에 주목하고 있으며, 이러한 연구가 SABERS 팀에게 배터리 내부 압력의 변화를 관찰하는 데 큰 도움을 줬다"고 설명했다. 비기아노 박사는 또 "조지아 공과대학과의 협업을 통해 셀 제조 방식을 실질적으로 어떻게 최적화할 수 있는지에 대한 인사이트를 얻을 수 있었고, 이는 다양한 개선 방안으로 이어졌다"라고 강조했다. 나사가 연구 중인 'SABERS' 배터리는 고체 형태로 구성돼 화재 위험이 없어 항공기에 필요한 동력 공급에서 큰 장점을 보인다. 특히 이 배터리는 현존하는 리튬 배터리보다 두 배 더 높은 온도에도 안정적으로 작동하며, 경량화된 구조로 인해 제한된 공간 내에 더 많은 에너지를 저장할 수 있다는 강점을 가지고 있다. 하지만, 이런 고성능 배터리의 제작 비용이 상당히 높아 실제 상용화까지는 시간이 소요될 것으로 전망된다.
- 산업
2023-10-10 16:41:00
리튬이온 배터리, 재활용 시장 성장세

중국의 리튬이온 배터리(LIB) 관련 기술이 날로 발전하고 있다. 게다가 폐배터리 재활용 연구도 활발해 제조와 생산에 이어 재활용까지 명실상부한 배터리 산업 세계 1위 종주국 자존심을 지키려 애쓰는 모습이 역력하다. 최근 널리 사용되고 있는 리튬이온 배터리는 모바일, 태블릿을 비롯해 전기자동차 등 다양한 분야에 쓰이고 있다. 현존하는 배터리 제품 중 에너지 저장능력이 탁월하다는 장점 등으로 그 수요가 증가하고 있다. 하지만, 리튬 가격 상승과 자원 고갈 문제, 독성 물질을 함유한 방전 배터리 처리 문제 등이 수면 위로 떠오르면서 리튬이온 배터리 재활용에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다. 미국 산업 매체 오일프라이스(Oilprice)는 리튬이온 배터리의 재활용은 높은 품질의 리튬을 회수하기 복합하고 비용이 많이 들기 때문에, 대부분의 재활용 공정은 양극에서 리튬을 추출하는데 중점을 두고 있다고 지적했다. 리튬이온 배터리를 재활용하는 것은 매우 까다로운 공정이다. 다시 사용할 수 있을 만큼 높은 품질의 리튬을 회수하는 것은 복잡하고 비용이 많이 들어간다. 중국과학원(ICCAS) 화학연구소와 중국과학원(UCAS) 대학의 위궈궈(Yu-Guo Guo)와 칭하이 멍(Qinghai Meng)이 이끄는 연구팀은 리튬이온 배터리를 재활용 하는 대체 방법을 개발했다. 이 연구팀은 물 대신에 양극에서 리튬을 회수하기 위해 비양성자성 유기 용액을 사용했다. 양성자성 물질은 수소 이온을 방출할 수 없으므로 수소 가스가 생성되지 않는다. 대부분의 재활용 공정은 음극(방전된 배터리의 리튬 대부분이 위치한 곳)에서 리튬을 추출하는 것을 목표로 한다. 그러나 리튬은 음극에 포함된 다른 금속과 함께 침전되기 쉬워 분리하는데 까다로운 작업이 수반되기 마련이다. 주로 흑연(graphite)으로 이뤄진 양극에서 리튬 추출은 훨씬 효율적이며 배터리 방전 없이 수행할 수 있다. 그러나 수용액으로 침출되면 화재와 폭발 위험도 높다. 또 이러한 반응은 많은 양의 에너지를 방출하고 수소를 생성할 수 있다. 이에 연구팀은 양극에서 리튬을 회수하기 위해 물 대신 유기 용매를 사용했다. 유기 용매 물질은 수소 이온을 방출할 수 없어, 수소 가스가 생성되지 않는다. 이 용매는 다환 방향족 탄화수소(PAH)와 에테르를 포함한다. 특정 PAH는 양극의 양성 리튬 이온과 전자 하나를 함께 흡수할 수 있으며, 온화한 조건에서 이 환원 반응은 효과적으로 제어고 매우 효율적이라는 설명이다. 또 연구팀은 PAH 피렌(네 개의 벤젠 고리로 된 여러 고리 방향족 탄화수소)을 테트라에틸렌글리콜디메틸 에테르와 함께 사용하면 양극에서 활성 리튬을 거의 완전히 용해 시킬 수 있었다고 부연했다. 추가로, 얻어진 리튬-PAH 용액은 새로운 양극에 리튬을 추가하거나 전처리 또는 사용된 양극을 재생하는 데 사용될 수 있다. PAH 용매 시스템은 처리되는 물질에 최적화하기 위해 다양하게 조절될 수 있다. PAH는 석탄, 기름, 가스, 쓰레기, 담배, 고기나 기타 물질이 연소될 때 형성되는 화학물질의 한 종류다. 오일프라이스는 "중국의 새로운 리튬 회수 공정은 효율적이고 비용이 저렴하며 안전 위험을 낮추고, 폐기물을 방지하며 리튬이온 배터리의 지속 가능한 재활용에 대한 새로운 전망을 열어준다"며 "아마도 전 세계 해변과 폐기물에 있는 수백만 개의 배터리를 재활용하는 해결책일 수 있다"고 평했다. 그러나 가장 큰 문제가 아직 남아있다. 재활용을 위해서는 먼저 배터리를 회수해야 한다. 어떤 공정을 사용하더라도 배터리를 수거하지 않으면 재활용 자체가 불가능하다. 게다가 화학 물질 사용도 문제다. 대부분의 사람들은 자신의 동네에 불쾌한 화학 물질이 들어오는 것을 원하지 않기 때문이다. PAH와 에테르를 포함한 것은 가스 밀폐 시설이 필요하며 원격 제어 기능이 반드시 필요하다. 한편, 오리온 마켓 리서치(Orion Market Research)에 따르면, 세계의 리튬이온 배터리 재활용 시장은 2022년~2028년까지 약 18.5% 성장할 것으로 예상하고 있다. 리튬이온 배터리 가격 하락에 의한 사용량 증가와 폐기물 처리에 대한 우려, 그리고 정부 정책 등이 재활용을 견인할 것으로 보여진다. 또한 LG에너지솔루션 자료에 따르면 세계 배터리 재활용 시장 규모는 2023년 108억 달러로 추정된다. 아울러 2024년 424억 달러, 2040년 2089억 달러 등으로 연평균 17% 성장할 것으로 전망되고 있다. 오일프라이스는 "하지만 무엇이든지 빨리 (대응을) 해야 한다"며 "사용된 리튬이온 배터리의 재앙적인 사고가 언젠가는 발생할 것이기 때문"이라며 리튬이온 배터리 재활용 방안 마련을 서둘러야 한다고 말했다.
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2023-09-26 09:01:00
중국 BYD 자동차 'U6', 세계 최고 공기역학성 입증

약 90여년 전 독일의 자동차 산업은 차량의 속도와 연료 효율에 큰 영향을 미치는 공기 저항과 공기 역학에 대한 연구에 박차를 가했다. 현대에 이르러 전 세계 자동차 회사들은 자동차의 효율성과 친환경성 향상을 목표로 디자인과 연구 개발에 이 공기역학적 요소를 적극 반영하고 있다. 이와 관련, 해외 자동차 전문 매체 카스쿱스(Carscoops)의 최근 보도에 따르면 중국 자동차 기업 비야디(BYD)의 전기 슈퍼카 '양왕U6(YangWang U6)'가 세계에서 가장 공기역학적 계수가 낮은 차량으로 선정됐다. 카스쿱스에 따르면 이 공기저항 계수는 메르세데스 벤츠의 전기차 EQS보다도 더 우수하다. U6는 공식 데뷔를 앞두고 있지만, 최근에는 전체 외관 디자인 도면을 특허로 등록했다. 이 차량에 관한 정보는 중국에서 개최된 자동차 공기역학 위원회 연례 회의에서 발표되었다. 특히 주목받는 사실은 현재 생산 중인 차량 중 공기역학 계수가 우수한 10대 차량이 포함된 것이다. 공기 저항을 수치화한 'Cd'는 0에서 1 사이의 값으로 표현되며, 값이 낮을수록 공기저항을 적게 받는다. 대다수 차량들은 0.25~0.35Cd 값을 보이는 가운데, BYD의 'U6'는 무려 0.195Cd라는 뛰어난 수치를 기록하며 주목을 받고 있다. U6가 공기저항 계수를 줄일 수 있었던 요인은 사이드미러 대신 카메라를 장착하고, 에어로 휠 커버와 같은 특수 장비를 갖춘 특정 트림 때문이다. 이 매체는 U6의 특징으로 쭉 뻗은 낮은 실루엣과 경사진 루프라인을 확인할 수 있었으며, 대형 헤드라이트는 '양왕U9'과 유사해 보인다고 설명했다. 또 뚜렷한 스플리터 위에 넓은 범퍼 흡입구, 타이칸 스타일의 펜더와 낮은 노즈, 크롬으로 장식된 창틀, 액티브 리어 스포일러 등 이다. 카스쿱스는 U6의 디자인 특징으로서 날씬한 실루엣과 경사진 루프라인을 강조했다. 또한 대형 헤드라이트는 '양왕U9'와의 유사해 보인다고 전했다. 이 차량은 뚜렷한 스플리터와 넓은 범퍼 흡입구, 타이칸 스타일의 펜더, 낮게 디자인된 노즈, 크롬으로 장식된 창틀, 그리고 액티브 리어 스포일러 등을 특징으로 한다. 특히 특허를 낸 도면에는 기존 사이드미러가 포함된 모델이 있는데, 이는 카메라로 교체할 수 있는 선택 사항일 가능성이 높다. 지붕에는 라이다(LiDAR 레이저 펄스를 발사해 반사된 빛으로 물체 형상을 이미지화하는 기술) 센서가 장착돼 있으며 대시보드에는 3개의 디스플레이가 탑재되어 있다. 차량의 전장은 약 4980mm로 추정되고, 전기차 모델의 경우 양왕의 쿼드 모터를 사용해 1110hp(820kw/1115ps) 이상의 출력을 발휘할 것으로 보인다. 중국 언론에 따르면 이 차량의 가격은 약 80만 엔(약 원화 721만1680원)으로, 중국 내 테슬라 모델S 플레이드보다 저렴하게 책정될 것으로 전망된다. 또한 유럽의 자동차 브랜드 중 BMW i7 및 메르세데스-벤츠 EQS와 같은 전기 플래그십 모델보다도 경쟁력 있는 가격을 가질 것으로 예상된다. 후발 주자로 시작한 중국 자동차 산업은 이제 세계적인 자동차 브랜드들을 위협하는 수준에 도달한 것으로 보인다. 반면, 한국의 전기자동차 시장은 증가하는 재고와 충전 인프라 부족, 배터리 화재 문제, 그리고 높은 가격 때문에 어려움을 겪고 있다. 전기차 시장의 글로벌 패권 경쟁에 뒤쳐지지 않기 위해 발빠른 대처가 시급한 실정이다.
- 산업
2023-09-19 08:57:00
전기차 시장, '전고체 배터리'가 뜬다…10대 리드 기업 어디?

최근 전기차 업계가 주목하는 기술 중 하나는 '전고체 배터리'다. 이 기술은 기존 리튬 이온 배터리보다 에너지 저장 용량이 뛰어나고, 충전 시간도 단축되는 등 탁월한 성능을 자랑한다. 그렇다면 이 전고체 배터리는 기존 배터리와 다른 점은 무엇일까. 전고체 배터리는 이름에서도 알 수 있듯이 액체 전해질이 아닌 고체 전극과 고체 전해질을 사용한다. 이로 인해 배터리의 누출이나 열 문제가 크게 줄어들어 사용자의 안전을 더욱 보장한다. 게다가 작은 크기로도 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있어 휴대성과 효율성 모두에서 높은 점수를 받는다. 시장의 변화에 민감하게 반응하는 글로벌 자동차 기업들도 전고체배터리 개발에 발빠르게 뛰어들었다. 토요타와 폭스바겐은 이미 전고체 배터리 기술 개발에 속도를 내고 있다. 이러한 대기업들이 전고체 배터리의 선봉에 서게 될 것인가, 아니면 다른 참여 기업들이 이를 따라잡거나 앞질러 나갈 것인가. 전기차 시장의 미래는 어떻게 전개될지 기대된다. 폭스바겐과 퀀텀스케이프는 전기 자동차용 고체 상태 배터리 기술 개발에 손을 잡았다. 전기차의 두 가지 큰 걸림돌인 '주행 거리'와 '충전 시간'을 해결하기 위해서는 향상된 '에너지 저장 능력'과 '빠른 충전'이 선결과제다. 이 두 마리 토끼를 잡을 수 있는 전고체 배터리는 소비자의 전기차에 대한 인식을 크게 바꿔놓을 것으로 보인다. 전고체 배터리 개발 진행중인 선도적인 10개 기업은 다음과 같다. 1. 도요타 토요타는 21세기 자동차 혁신의 핵심으로 전고체 배터리를 지목하며, 2027년까지 상용화를 목표로 연구개발을 가속화하고 있다. 도요타의 이러한 움직임은, 배터리가 전기차 업계의 핵심 부품임을 감안하면, 전기차 시장에서의 선두 주자로의 복귀를 알리는 신호로 해석된다. 그들은 이미 2012년부터 전고체 배터리 기술 개발에 뛰어들었고, 현재 200명 이상의 전문가로 구성된 팀이 이를 주도하고 있다. 그 결과, 토요타는 1000개 이상의 특허를 보유하게 되었다. 이 기업의 최종 목표는 전고체 배터리의 장점을 살려 완충 상태에서 약 700km (435마일)의 주행 거리를 달성하는 전기차와 하이브리드 차량을 출시하는 것이다. 2. 폭스바겐(Volkswagen) 폭스바겐은 전고체 배터리 연구의 선구자 중 하나인 퀀텀스케이프와 파트너십을 맺고 전기 자동차용 고에너지 밀도 배터리를 개발하고 있다. 2018년 폭스바겐은 퀀텀스케이프와 함께 전기차용(EV) 배터리 기술 개발을 추진했고, 2020년 추가적으로 2억 달러의 투자를 통해 이 연구의 가속화를 선언했다. 퀀텀스케이프는 기존 배터리 대비 전고체 배터리가 약 80% 더 긴 주행 거리와 80% 더 많은 충전량을 제공한다고 주장했다. 2022년 말 현재, 퀀텀스케이프는 전고체 배터리 셀의 시험을 진행 중이다. 폭스바겐은 다른 기업들과 협업하여 고체 상태 기술 및 전극 건조 코팅 공정과 같은 다양한 배터리 기술을 연구 중이며, 이를 2030년에 대량 생산에 투입할 계획이다. 3. 파나소닉(Panasonic) 전세계적인 전기차 시장의 확대와 함께 배터리 기술의 중요성이 강조되는 가운데, '파나소닉'과 '도요타'의 조합이 눈길을 끈다. 두 기업은 2020년 '프라임 플래닛 에너지 솔루션(Prime Planet Energy & Solutions, Inc.)'이라는 이름의 합작기업을 설립, 생산성과 용량 모두에서 우수한 배터리 솔루션을 제공하기 위해 노력하고 있다. 도요타는 이미 전고체 배터리 기술 관련 1000개 이상의 특허를 보유하고 있으며, 파나소닉도 445개의 특허로 그 기술력을 과시하고 있다. 파나소닉은 지난 수십 년 동안 배터리 기술을 선도해 왔다. 특히 전고체 배터리 기술 연구에 주력하며, 액체 전해질로 인한 화재, 폭발 위험 등의 문제점을 해결하고자 고체 상태 배터리로의 전환에 큰 희망을 걸고 있다. 파나소닉은 기술에 대한 구체적인 일정을 제공하지는 않았지만, 연구 및 개발에 적극적으로 투자하고 있다. 특히 도요타, 테슬라, 포드와 같은 국제적인 자동차 기업들과의 협력은, 전고체 배터리의 시장 출시 때 그들이 이 분야의 혁신을 주도할 가능성을 제시한다. 4. 베이징 웨이란신에너지기술(Beijing WeLion New Energy Technology) 중국 기업 니오(Nio)는 배터리 제조업체인 중국 베이징 웨이란신에너지기술(北京卫蓝新能源科技·Beijing WeLion New Energy Technology, 이하 '웨이란'-WeLion)과 파트너십을 맺어 새로운 배터리 기술을 선보였다. 이들 두 기업은 전기 자동차에 대한 반고체 상태 배터리 셀을 생산했다. 반고체 상태 배터리는 리튬 이온 배터리의 젤 전해질과 고체 전해질을 결합한 것이다. 니오는 특히 이번 파트너십을 통해 웨이란으로부터 150 kWh 용량의 반고체 배터리 셀을 공급받게 되었으며, 이 배터리는 'Nio ET7' 전기자동차에 적용될 예정이다. 이러한 혁신적인 기술을 탑재한 세단 'Nio ET7'은 CLTC 기준으로 약 1000킬로미터(621 마일), EPA 기준으로는 740킬로미터(460 마일)의 높은 주행 거리를 자랑한다. 또한, 이 배터리는 'Nio ES6 SUV'에도 적용되어, 약 689킬로미터(428 마일)의 주행 거리를 제공하게 된다. 5. 중국 CATL(Amperex Technology Co. Limited) 중국 배터리 대기업 CATL은 2023년 4월 전기 항공기 전동화를 향한 새로운 움직임을 위해 고체 상태 배터리 기술의 한 형태인 압축형 배터리 셀을 출시했다. 이 배터리 셀은 에너지 밀도가 500 Wh/kg로 매우 높다. 중국의 배터리 대기업 'CATL'은 2023년 4월 전기 항공기의 전동화를 목표로 고채 상태 배터리 기술의 한 형태인 압축형 배터리 셀을 출시했다. 이번에 선보인 배터리 셀은 무려 500 Wh/kg의 높은 에너지 밀도를 자랑한다. 반면, 테슬라가 자랑하는 4680 배터리 셀의 에너지 밀도는 244 Wh/kg에 불과하다. 이를 비교하면 CATL의 신제품은 기존 리튬 이온 배터리에 비해 약 두 배의 충전량을 가지고 있음을 알 수 있다. 이렇게 혁신적인 배터리 기술은 중국 지리자동차(Geely)의 2023년 형 전기차 '지커-001(Zeekr-001 EV)'에도 적용될 수 있으며, 해당 차량은 CLTC 기준으로 641 마일의 주행 거리를 달성할 수 있다. CATL의 압축형 배터리 셀은 이보다 훨씬 더 긴 주행 거리를 제공할 전망이다. 6. 혼다 혼다는 2050년까지 탄소 중립을 목표로 하고 있으며, 이를 위해 제너럴 모터스(GM)와 소니 같은 기업들과 파트너십을 맺어 고체 상태 배터리 기술을 연구하고 있다. 또한 혼다는 일본의 사쿠라에 4300억 엔 (약 2950만 달러)을 투자해 2028년까지 전기 자동차에 고체 상태 배터리 셀을 도입하는 생산 라인을 구축하는 작업을 진행 중이다. 고체 상태 배터리 기술의 가장 큰 단점은 세포의 무결성을 위협하는 덴드라이트(dendrites)의 존재다. 혼다는 덴드라이트 문제를 해결하기 위한 새로운 연구를 진행하고 있다. 이를 통해 2030년까지 연간 200만 대의 배터리 전기 자동차 생산을 목표로 하고 있다. 7. 닛산 닛산은 2028년까지 고체 상태 배터리로 구동되는 차량을 시장에 선보이기 위한 연구를 본격화했다. 가나가와에 위치한 닛산의 연구 센터에서는 2024년까지 고체 상태 셀 프로토타입을 생산하기 위한 공장 건립 작업이 진행 중이다. 고체 상태 배터리 기술 도입 후, 닛산은 EV 배터리 비용을 최소 50% 절감하며, 충전 능력을 현존하는 기술의 세 배로 향상시키고, 에너지 밀도를 두 배로 늘리는 것을 목표로 삼고 있다. 시장에서 현재 주목받는 최고 성능의 배터리 셀은 에너지 밀도 240 Wh/kg을 제공하는데, 닛산의 목표는 이를 480~500 Wh/kg로 높이는 것이다. 이외에도 닛산은 액체 전해질을 사용하지 않는 올 고체 상태 배터리와 나트륨을 활용한 셀에 대한 연구를 활발히 진행하고 있다. 8. 솔리드에너지시스템(SolidEnergy Systems) 솔리드에너지시스템(SES)은 치차오 후 박사(Dr. Qichao Hu)가 2012년에 매사추세츠주 워본(Woburn)에 설립했다. 이 회사는 리튬 금속 기술을 사용하며, 리튬 이온 배터리 셀에서 발견되는 전통적인 젤 대신 분리 막으로 사용한다. SES 리튬 금속 배터리 셀은 에너지 밀도가 400 Wh/kg이며, 전통적인 리튬 이온 배터리 셀의 주행 거리를 두 배로 늘릴 수 있다. SES는 안전하고 효율적인 배터리 개발에 중점을 둔다. 인공 지능 알고리즘을 활용해 배터리의 안전성을 향상시켰고, 가볍고 비용 효율적으로 제작될 수 있다. 게다가 15분만에 배터리의 80%까지 빠르게 충전할 수 있다는 것은 큰 강점이다. 차량 제조업체들과의 협력도 활발한 편이다. 제너럴 모터스(GM), 혼다, 현대자동차, 지리, 기아와 같은 주요 자동차 기업들과 파트너십을 체결하고 있다. 특히 2021년에는 GM이 SES에 1억 3900만 달러를 투자했으며, 2025년부터는 SES의 리튬 금속 배터리 셀을 자동차에 적용할 계획이다. 9. 솔리드 파워(Solid Power) 솔리드 파워는 2011년 콜로라도 대학의 스핀오프로 탄생했으며 현대자동차, BMW, 포드와 같은 글로벌 자동차 제조업체들의 후원을 받으며 빠르게 성장했다. 2021년에는 콜로라도 주의 손턴(Thornton)에 7만5000평방 피트(약 6967제곱미터) 규모의 최첨단 생산 공장을 설립했다. 솔리드 파워의 주요 기술은 전통적인 리튬 이온 배터리의 액체 전해질을 황화물 기반의 고체 전해질로 교체하는 것이다. 이 고체 전해질은 액체 전해질보다 안전하며, 안정적인 성능을 제공한다. 이 회사는 2028년까지 연간 80만 대의 전기차 배터리 셀 생산을 목표로 하고 있으며, 그를 위한 생산 확장 계획을 세우고 있다. 또한, 솔리드 파워는 미국 에너지부의 "전기 자동차를 위한 미국 저탄소 생활 (EVs4ALL)" 프로그램에서 총 4200만 달러 중 560만 달러의 지원을 받아 연구 및 개발 활동을 지속적으로 진행하고 있다. 10. 실라 나노 테크놀로지스(Sila Nanotechnologies) 실라 나노 테크놀로지스는 BMW, 다임러 AG(Daimler AG), 지멘스(Siemens), CATL과 같은 세계적인 기업들과 전략적 파트너십을 체결해 전기 자동차용 고체 상태 배터리의 상용화를 위한 강력한 투자 지원을 확보했다. 산업 내 주요 플레이어들의 지원 아래, 이 회사는 2028년까지 150 GWh 이상의 대규모 배터리 셀 생산을 목표로 하는 로드맵을 구축하고 있다. 특히, 실라 나노는 20% 더 긴 주행 거리와 20분만에 10-80%까지 충전이 가능한 타이탄 실리콘(Titan Silicon) 배터리 셀을 선보였다. 이 기술은 메르세데스-벤츠의 EQG 모델에 적용될 예정이다. 더욱이, 회사는 기존 고체 상태 배터리 기술의 덴드라이트 현상과 부피가 큰 세라믹 전해질의 한계를 극복하기 위한 방안으로, 중간 온도에서 다공성 분리막-양극 스택에 고체 전해질을 용융 침투시키는 방식을 도입할 계획이다.
- IT/바이오
2023-09-14 10:13:00
효율성 높은 리튬 배터리, 문제점은 무엇?

알카라인, 니켈수소, 리튬 등 여러 종류의 배터리가 시장에 나와 있지만, 리튬이온 배터리가 가장 인기 있고 널리 사용되는 것으로 알려져 있다. 리튬 배터리는 고에너지 밀도와 오래 지속되는 수명 때문에 휴대용 장치에 주로 선호되지만, 최근에는 높은 생산 비용과 화재 위험 등이 문제점으로 부각되고 있다. IT 전문 매체 슬래시기어(Slash Gear)는 영국 패러데이 연구소(Faraday Institution) 비아트리체 브라우닝(Beatrice Browning) 박사를 인용, 리튬이온 배터리의 경우 리튬 이온이 전극 안팎으로 순환할 때 발생하는 전극 구조가 손상되면 배터리 수명이 단축될 수 있다고 보도했다. 또한 영국 왕립화학회(Royal Society of Chemistry)의 연구에 따르면, 온도와 충전상태(SoC), 부하 프로필 등의 외부 스트레스 요인이 배터리 성능 저하에 영향을 미쳤으며 시간이 지남에 따라 용량이 감소하는 모습을 보였다. 뉴어크 일렉트로닉스(Newark Electronics)는 배터리를 사용하지 않아도 지속적인 방전으로 인해 노화될 수 있음을 확인했다. 또 제조 결함과 같은 여러 제어 불가능한 이유로 치명적인 결과를 초래할 수도 있다고 지적했다. 배터리는 과충전 혹은 부적절한 전압 사용으로 문제가 발생할 수 있으며, 이러한 문제는 잠재적으로 위험을 수반한다. 실제로 2019년 뉴저지와 2021년 캘리포니아에서는 애플 배터리의 부풀림 이슈 때문에 집단소송이 제기됐다. 물론, 애플 외에도 리튬이온 배터리를 사용하는 많은 다른 전자 제품 회사들이 같은 문제를 겪고 있다. 에너지 효율성과 가벼운 특성으로 오늘날 많은 자동차 제조업체에서 선택하고 있는 리튬이온 배터리는 여전히 화재의 위험이 있다. 미국 환경보호국(Environmental Protection Agency)에 따르면 2013년부터 2020년까지 미국의 64개 지자체 폐기물 시설에서 240건 이상의 리튬이온 배터리 화재가 발생했다. 특히, 2016년에는 삼성이 설계 결함으로 갤럭시 노트7 라인 생산을 영구 중단하는 등 미국 내 190만 대의 갤럭시 노트7을 리콜했다. 더 큰 문제는 리튬 배터리를 처분하는 방법에 여전히 제한이 있다는 점이다. 이러한 배터리는 화재 위험이 있어 운송 과정에서부터 실제 폐기물 처리 장소에 도착해서도 문제를 일으킬 수 있다. 미국 환경보호국은 리튬이온 배터리 단자를 테이프로 감싸고 플라스틱 봉지에 보관하는 것을 권장하고 있다. 슬래시기어는 "리튬을 재활용하는 새로운 방법이 발견되었지만, 가정용 배터리 제품을 적절히 처분하는 것은 많은 노력이 필요하다”며 “모든 사람이 인증된 전자 제품 재활용업자에 가는 시간과 여력이 있지는 않다"고 지적했다. 또한, 비싼 생산 비용도 걸림돌이다. 미국환경보호국에 따르면, 2021년 기준 리튬 배터리의 가격은 1kWh 당 약 132달러(약 17만5810원) 정도로 다른 배터리에 비해 높다. 리튬이온 배터리는 여전히 많은 종류의 전자 제품에서 최고의 선택이지만, 미래에는 보다 더 효율적인 배터리 구성 요소가 필요하다. 이에 업계에서는 리튬 기반 배터리보다 빠르게 충전되는 알루미늄 이온 배터리와 같은 새로운 배터리 기술을 개발하고 있다.
- IT/바이오
2023-09-13 08:33:00
스위스 연구지원회사(BTRY), 전고체 배터리 시장 진출

스위스 연방재료 과학기술연구소(EMPA)가 혁신적인 배터리 기술로 전고체 배터리 시장에 진출한다. 금속산업 및 광업 전문 매체인 '마이닝(MINING)'에 따르면, EMPA는 전고체 배터리 시장 진입을 목표로 새 회사 'BTRY'를 설립할 예정이다. 이 매체에 따르면, '전고체 배터리(solid state battery)'는 기존 리튬 이온 배터리와 달리 1분 이내의 빠른 충전과 방전이 가능하고 수명이 10배 이상 지속된다. 게다가 온도 변화에도 안정적인 성능을 보인다. 또한 전고체 배터리는 인화성이 없어 안전하다. 기존의 리튬 이온 셀은 부주의하게 취급하거나 손상될 경우 유독한 가스가 방출되거나, 진화가 어려운 위력적인 화재가 발생하기도 했다. 전고체 배터리의 한 예로 박막 배터리(Thin Film battery)가 있다. 이는 반도체 공정기술인 진공증착 방식을 사용해 얇은 기판 위에 양극재, 고체 전해질, 음극재를 순차적으로 적층하여 제작하는 2차 전지를 지칭한다. 고비용으로 대량 생산 난항 박막 배터리는 두께가 단지 0.15mm로, 종이처럼 휘어지는 특성을 가지고 있다. 기존 전지에 비해 고온에서의 안정성이 우수하며, 수명도 매우 길다. 그러나 단위 부피당 충전 용량은 리튬 이온 배터리보다 낮고, 제조 비용은 3배 이상 더 비싸기 때문에 대량 생산에 어려움이 있다. 마이닝에 따르면 BTRY의 책임 연구원인 압데살렘 아리비아(Abdessalem Aribia)와 모리츠 푸셔(Moritz Futscher)가 개발한 이 새로운 배터리는 에너지 저장 용량을 늘리는데 성공했다. 푸셔 연구원은 "박막 배터리 제조 시 사용되는 박막셀의 생산 방법은 현재 반도체 칩과 유리 코팅 제작 기술을 활용하므로, 새로 개발한 박막 배터리의 제조에 큰 어려움이 없을 것"이라고 설명했다. 박막 배터리 저장 용량 향상 박막 배터리는 고정밀 제조 방식을 사용을 하는데 독성 용매가 필요하지 않은 환경 친화적인 장점을 가지고 있으나 아직까지 대량 생산 하기엔 원가 대비 효율성이 낮은 부분이 있다. 이에 아리비아 연구원은 "스마트폰이나 스마트워치처럼 배터리 전체를 구동하는 것이 아니라 일부만을 담당하는 제품에 적합하다"고 밝혔다. BTRY사의 연구원들은 박막 배터리의 에너지 저장 용량 향상을 기반으로 원가 대비 효율성을 개선해 대량 상용화를 목표로 연구에 더욱 매진할 계획이다.
- 산업
2023-09-12 11:25:00
바나듐 플로우 배터리, 신재생 에너지의 미래를 열다

영국의 배터리 기업인 인비니티 에너지 시스템(Invinity Energy Systems PLC, 이하 인비니티)은 바나듐 플로우 배터리를 활용하여 신재생 에너지를 효율적으로 관리하며, 전력 네트워크의 안정성을 강화하는 혁신적인 기술을 개발하는 데 성공했다. 영국 기술전문매체 프로액티브인베스터스에 따르면 바나듐 플로우 베터리 관련 기술은 대용량 에너지 저장 시스템(ESS)으로 구현되어 재생 에너지의 효과적인 활용을 가능하게 한다. 바나듐은 은빛 회색의 금속으로, 강철 제련이나 연소 과정을 통해 얻어지거나 우라늄 광산에서 추출된다. 바나듐 레독스 배터리는 바나듐을 전해액으로 사용하며, 양극과 음극을 별도의 탱크에 저장함으로써 리튬 이온 배터리처럼 화재나 폭발의 위험 없이 안전하게 작동한다. 이러한 배터리는 바나듐 플로우 배터리(VFB) 또는 바나듐 레독스 플로우 배터리(VRFB)로도 알려져 있다. 바나듐 플로우 배터리는 환경에 친화적이며, 장기적인 에너지 저장에 적합하게 설계돼 다양한 응용 분야에서 활용된다. 전력 그리드의 에너지 저장, 재생 가능 에너지의 통합, 급속 충전 인프라 지원, 산업용 에너지 저장 등 여러 분야에서 이 배터리의 활용성이 증명되고 있다. 이 배터리의 주요 장점은 장기적인 에너지 저장 능력, 안정성, 수천 번의 충방전 수명, 그리고 용량 감소가 최소화된 구조다. 또한, 이 배터리는 환경 친화적이고, 재활용이 가능하며, 빠른 충전이 가능하다는 장점도 가지고 있다. 인비니티는 최근 캐나다의 재생 에너지 프로젝트 개발 회사인 엘리멘탈 에너지(Elemental Energy)에 8.4 MWh 바나듐 플로우 배터리 공급 계약을 체결했다. 해당 배터리는 앨버타의 차피스 레이크 솔라 스토리지(Chappice Lake Solar Storage) 프로젝트에서 활용되어, 앨버타 전력망에 경제적이면서도 환경 친화적인 전력을 제공할 예정이다. 이로써 재생 에너지의 효율적 활용과 전력망의 안정성이 강화될 것으로 예상된다. 인비니티는 이런 프로젝트들을 통해 다양한 분야에 걸쳐 안정적이고 지속 가능한 에너지 솔루션을 제공하는 능력을 갖추었음을 증명하고 있다. 바나듐 플로우 배터리는 신재생 에너지 산업의 미래를 밝히는 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
- IT/바이오
2023-09-07 11:33:00
한국전기연구원(KERI), 차세대 '리튬황배터리' 개발 성공

기존 배터리가 전기 저장만을 목적으로 했다면, 미래의 배터리는 단순 저장을 넘어서 부가가치 있는 화학물질 생산 기능을 갖는 하이브리드 배터리로 변화할 것으로 보인다. 한국의 연구팀은 아연과 망간을 활용해 이러한 하이브리드 배터리를 개발했고, 그 결과 기존 배터리에 비해 10% 이상의 향상된 전압과 에너지 효율을 보였다. 과학·기술 매체 '사이테크데일리(SciTechDaily)'에 따르면, 최근 과학자들은 단순 전기 저장 외에도 유용한 화학물질을 생성하는 하이브리드 배터리 시스템의 개발에 성공했다고 발표했다. 이 하이브리드 배터리는 전기 에너지를 저장하는 동시에 유용한 화학물질도 생성한다. 전통적인 2차 배터리는 전극 재료에 전기 에너지를 저장하는 방식을 사용한다. 반면, 레독스 흐름 전지(Redox Flow Battery)는 전극에 연결된 탱크에 보관된 화학물질을 활용한다. 이는 산화와 환원의 화학적 반응을 통해 전자가 전해액을 통해 음극에서 양극으로 이동하며 전기에너지를 발생시키는 원리를 기반으로 한다. 이번에 연구자들이 개발한 하이브리드 배터리는 사용 과정에서 푸르푸랄(나일론 합성에 사용되거나 살충제로 활용되는 액체)을 기반으로 한 니켈 수산화물 배터리이다. 이 배터리는 바이오매스(생물 유기체)에서 추출한 푸르푸랄을 푸르푸릴 알코올이나 푸로산 중 하나로 변환할 수 있다. 푸르푸랄 자체는 농업용 바이오매스에서 흔히 발견되는 오탄당에서 형성되는 작은 분자이며, 다양한 화학 분야에서 중요한 중간체로 사용되는 플랫폼 화학물질로 알려져 있다. 이물질은 푸로산으로 산화될 때 식품 방부제, 약물, 향료 합성의 중간체가 될 수 있으며, 환원될 때는 레진(수지), 향료, 약물의 전구체로서의 역할을 하는 푸르푸릴 알코올로 변환된다. 중국 베이징의 청화대학(Tsinghua University)에서 활동하는 하오홍 두안(Haohong Duan) 박사를 포함한 연구팀은 하이브리드 흐름 배터리를 사용해 두 종류의 부가가치 화학물질을 추출함으로써 배터리 시스템의 비용 효율성을 개선하는 데 성공했다. 기존의 충전식 배터리는 충전 과정에서 전극에 전기를 저장하고, 방전 시에는 해당 전기를 회로로 전달한다. 반면 레독스 흐름 전지라는 다른 타입의 배터리는 특정 화학물질에 전기를 저장하며, 해당 화학물질은 두 상태 사이에서 순환하면서 배터리 내에 계속 보관된다. 한국전기연구원(KERI) 차세대전지연구센터 박준우 박사팀과 부산대학교의 박민준 교수팀은 아연과 망간을 주요 소재로 사용하여 고성능 '레독스 흐름 전지' 기술을 개발했다. 레독스 흐름 전지는 큰 용량 저장이 가능하며, 배기가스를 발생시키지 않아 화재나 폭발 위험에서 상대적으로 안정적이다. 이러한 특성으로 인해 에너지저장장치(ESS) 용도로서 많은 관심을 받는 차세대 전지로 평가받고 있다. 연구자들은 에너지 저장 및 제공과 동시에 추가 화학물질을 생산하는 능력을 결합하여 이를 조사했고, 그 과정에서 흥미로운 결과를 발견하게 되었다고 한다. 양극용 이중 기능성 금속 촉매의 혁신적인 발전이 관찰되었는데, 로듐(백금족 금속의 일종)과 구리를 단일 원자 합금으로 조합하여 만들어진 촉매가 등장했다. 이 촉매는 배터리가 충전될 때 푸르푸랄(전해액 포함)을 푸르푸릴 알코올로 효과적으로 변환하며, 방전 시에는 푸로산을 생성한다. 또한 연구원들은 음극에서 니켈-아연 또는 니켈-금속 수소화물 배터리에서 사용되는 음극 재료와 유사한 특성을 가진 코발트-도핑 수산화니켈 재료를 확인했다. 이러한 조합을 통해 참신한 이중용 배터리 시스템이 개발되었다. 태양 전지로 충전된 이 배터리는 4개를 직렬로 연결하여 사용되며, LED 조명과 스마트폰 등의 장치를 작동시키면서도 지속적으로 푸르푸릴 알코올과 푸로산을 생성한다. 이 화학물질들은 흐름 시스템을 통해 전달된다. 이 새로운 하이브리드 배터리는 일반 배터리와 비교하여 에너지 밀도와 전력 밀도에서 유사한 성능을 보이면서도, 동시에 전력과 부가가치 있는 화학물질을 생산한다는 점이 새로 확인되었다. 1kWh의 에너지 저장 시, 0.7kg의 푸르푸릴 알코올이 생성되고, 0.5kWh의 전력 공급 시에는 1kg의 푸로산이 생산된다. 단, 푸르푸랄은 지속적으로 시스템에 공급되며, 최종 제품은 전해질에서 분리해야 한다. 이 연구팀이 제시한 하이브리드 방식은 2차 전지의 지속 가능성과 경제성을 높이는 첫걸음이지만, 이를 더욱 발전시키기 위한 지속적인 노력이 필요하다.
- IT/바이오
2023-09-07 08:48:00
'리튬 이온 배터리' 단점 고가와 불안정성에 '고체 전해질' 주목

전기자동차부터 휴대폰, 가전제품까지 다양한 분야에서 활용되는 리튬 이온 배터리. 그러나 이 배터리의 높은 가격과 안정성 문제로 고체 전해질 배터리가 대안으로 급부상하고 있다. 현재 국내에서는 SK온이 주도하는 가운데, 세계적으로도 도요타 등 주요 기업들이 고체 전해질 배터리의 연구와 개발에 박차를 가하고 있다. 특히 일본 도호쿠 대학의 연구팀은 이 분야의 연구에서 큰 진전을 이루며 주목받고 있다. 일본 에너지 전문 매체 '에너진'에 따르면, 도호쿠 대학 연구원들은 물리 화학분야 국제 저명 학술지인 '재료 화학(Chemistry of Materials)'에 고체 전해질의 구조가 배터리 성능에 어떤 영향을 주는지 예측 가능한 프레임워크를 공개했다. 고체 전해질(Solid Electrolyte)은 전기를 전도하는 역할을 유지하는 물질 중 하나다. 고체 전해질의 주요 특징은 리튬 이온 배터리의 액체 전해질에 비해 화학적 안정성이 탁월하다. 다시 말하면, 고체 전해질은 배터리의 양극과 음극 사이에서 리튬 이온을 전달하는 역할을 하는 전해질을 고체 형태로 만든 것이다. 액체 전해질에 비해 고체 전해질은 화재 위험이 없고, 온도 변화나 외부 충격에도 강한 장점이 있다. 또한, 분리막이 필요 없어 배터리의 구조를 단순화하고, 에너지 밀도를 높일 수 있다. 고체 전해질은 크게 황화물계, 산화물계, 폴리머계 세 가지 종류로 나눌 수 있다. 황화물계 전해질은 리튬 이온 전도도가 높고, 전극과의 접촉면을 넓게 형성할 수 있는 특징이 있다. 산화물계 전해질은 리튬 이온 전도도는 낮지만, 전기화학적 안정성이 우수하다. 폴리머계 전해질은 기존 액체 전해질과 유사한 제조 공정과 비용 경쟁력을 가지고 있다. 하오 리(Hao Li) WPI-AIMR의 부교수는 "에너지 저장 장치의 개발은 지속 가능한 미래를 보장하는 데 필수"라며 "클로소형 2차 복합 수소화물(CTCH, 리튬 이온 기술을 대체할 고체 전해질)은 리튬 이온 기술의 안전성 및 에너지 밀도 한계를 극복할 수 있는 귀중한 대안"이라고 강조했다. 한편, SK온은 단국대 신소재공학과 박희정 교수 연구팀과 공동으로 새로운 고체 전해질 기술을 선보여 관심을 모았다. 이 연구 팀은 산화물계 고체 전해질 소재인 리튬·란타넘·지르코늄·산소(LLZO)의 첨가물질을 추가해 리튬이온전도도를 기존보다 무려 70% 개선한 것으로 알려졌다. 이러한 기술적 진보는 배터리의 화재 위험 감소와 용량 증대 효과가 있을 것으로 예상된다. 국내외 기업들도 전고체 배터리 시장에 본격 진출하고 있다. SK온과 함께 삼성SDI, LG에너지솔루션은 각각 연구와 개발에 나서고 있으며, 일본의 토요타와 중국의 칭다오에너지 역시 전고체 배터리 기술 개발에 힘쓰고 있다. SK온을 비롯해 삼성SDI는 지난 2022년 국내 최초로 전고체 배터리 파일럿 라인을 착공했다. LG에너지솔루션은 오는 2026년 고분자계 전고체 배터리, 2023년 황화물계 전고체 배터리 양산을 목표로 연구를 진행 중이다. 일본 도요타는 전고체 배터리 관련 특허만 약 1000여개에 달할 만큼, 전고체 배터리 연구에 전념하고 있다. 중국에서는 칭다오에너지가 지난 2018년 100메가와트시 규모의 전고체 배터리 파일럿 생산 공장을 건설한 바 있다. 전고체 배터리는 고체 전해질을 사용한 차세대 배터리로, 꿈의 배터리라고도 불린다. 고체 전해질은 전기차와 에너지 저장 분야의 향후 기술적 파장을 주도할 핵심 기술로 떠오르며, 그 가능성이 무궁무진함을 입증하고 있다.
- IT/바이오
2023-09-05 08:48:00