전기차의 단점 중 하나는 짧은 주행거리입니다. 최근엔 주행거리를 대폭 개선한 전기차가 출시되고있지만 여전히 주행거리는 숙제로 남아있죠.
전기차의 주행거리를 늘리기 위해선 전기차에 탑재된 배터리의 성능을 높여야 합니다. 최근 전 세계 배터리 업체들이 에너지 효율을 높이기 위한 연구가 한창인 이유죠.
최근 배터리 업체가 주목하는 게 전고체 배터리죠. 전고체 배터리는 기존 배터리에 비해 에너지 효율이 높을 뿐만 아니라 안전성 면에서도 우수하다는 평가를 받고 있어요. 이번 '테크따라잡기'에서는 꿈의 배터리라고 불리는 전고체 배터리에 대해서 알아보도록 해요. 자세한 설명을 위해 LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK이노베이션의 자료를 참고했어요.
현재 전기차에 탑재된 배터리 대부분은 리튬이온 배터리인데요. 리튬이온 배터리는 △양극 △음극 △전해질 △분리막으로 구성돼요. 여기서 주목해야 할 건 전해질인데요. 액체 형태인 전해질은 양극과 음극 사이를 리튬이온이 이동할 수 있도록 도와주는 물질이에요.
전고체 배터리는 액체 형태의 전해질을 고체로 바꾼 배터리에요. 고체 전해질은 양극과 음극의 접촉을 차단하는 분리막 역할까지도 한대요. 이 덕분에 리튬전지에 비해 구조도 더 단순하죠.
전고체 배터리는 리튬이온 배터리에 비해 에너지 효율이 높다는 장점이 있어요. 에너지 효율이 높으니 같은 크기의 배터리여도 전기차의 주행거리를 개선할 수 있죠.
또 액체 형태의 전해질은 온도 변화에 더 민감해요. 온도가 낮아지면 전해액의 움직임이 둔해지거든요. 이는 배터리 충전 효율을 낮추죠. 겨울철에 스마트폰이 금방 방전되거나 전기차의 주행거리가 감소하는 게 이러한 이유 때문이에요. 반면 전고체 배터리는 전해질이 고체 형태이다 보니 온도 변화에 덜 민감하죠.
전고체 배터리의 또 다른 장점은 안전성인데요. 리튬이온 배터리의 치명적 단점 중 하나가 안전 문제이죠. 액체 전해질이 고체 전해질보다 폭발 가능성이 훨씬 높대요. 또 외부 충격이 가해질 경우 액체가 샐 우려도 있어요. 전해질이 누액되면 배터리 화재 가능성도 높아진다고 해요.
반면 전고체 배터리는 전해질이 고체 형태이다보니 구조적으로 단단해 안정적이죠. 배터리 팽창 우려도 없어 폭발 가능성이 현저히 낮고요. 화재 가능성은 이론상으론 '0%'라고 하네요.
최근 SK이노베이션은 이승우 미국 조지아공대 교수와 협력해 전고체 배터리 개발에 착수했는데요. 이 교수는 한국과학기술원(KAIST)과 함께 고무 형태의 고체 전해질을 개발한 학자로 이 교수의 전고체 배터리 관련 논문이 세계적 학술지인 '네이처'지에 최근 등재되기도 했죠.
이 교수가 개발한 고무 형태의 고체 전해질은 전고체 배터리 상용화를 앞당길 기술로 평가된대요. 이온전도도(이온이 잘 흐르는 정도)를 기존 고체 전해질보다 100배 끌어올렸고요. 이온전도도가 높아지면 배터리 내부에서 리튬 이온이 빠르게 전달돼 배터리 성능을 높일 수 있어요.
또 전해질이 신축성이 뛰어난 고무 형태라 리튬이 나뭇가지처럼 뾰족하게 자라나는 '덴트라이트' 현상으로부터 전해질을 보호할 수 있대요. 에너지 효율과 안전성이 한층 더 개선됐다는 얘기죠.
이 교수가 개발한 고무 형태의 전고체 배터리를 상용화하면 현재 400~500km 수준의 전기차 주행거리를 800km 수준까지 늘릴 수 있다고 기대한대요. 고무 전고체 배터리를 탑재하고 도로 위를 달리는 전기차의 모습이 벌써부터 기대되네요.
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