전고체 배터리 개발이 전기 자동차의 미래가 될 수 있다? 현재 엄청난 속도로 늘어나고 있는 전기 자동차의 문제는 어떤 것이 있을 까요? 이런 문제를 전고체 배터리가 어떻게 해결할 수 있는지 함께 살펴보겠습니다.
전기 자동차 무엇이 문제인가
현재 전기 자동차의 배터리는 리튬이온배터리를 사용합니다. 휴대폰이나 충전용 건전지에 쓰이는 2차 전지입니다. 2차 전지가 주력인 이유는 일단 상대적으로 싸게 만들 수 있습니다. 많은 양을 생산하기도 쉽습니다. 하지만 리튬이온배터리를 사용하는 현재의 전기자동차는 몇 가지 문제를 안고 있습니다.
뉴스에서도 가끔 볼 수 있듯이 2차 전지는 폭발하거나 불이 날 수 있습니다. 그리고 한번 불이 붙은 배터리는 일명 `열폭주`라고 해서 웬만해선 끄기도 힘듭니다.
리튬이온배터리는 에너지저장밀도측면에서 좋은 점수를 주기 힘듭니다. 즉 한 번에 많은 전기를 충전할 수 없다는 뜻입니다. 자동차 무게의 상당 부분을 배터리가 차지하지만 그럼에도 현재 전기자동차의 주행거리는 내연기관 자동차의 주행거리에 비해 좋다고 할 수 없으니까요.
또 전기 자동차를 운전하시는 분은 알겠지만 외부온도에 따라 전기를 사용할 수 있는 양이 엄청나게 변합니다. 특히 아주 추운 겨울에는 전기자동차의 운행거리가 반토막 가까이 날 수도 있을 정도니까요. 충전속도 또한 눈에 띄게 떨어집니다.
정리
전기자동차에 사용되는 리튬이온 배터리는 문제는
- 폭발이나 화재의 위험이 있습니다.
- 에너지 밀도가 상대적으로 낮습니다.
- 외부 온도에 영향을 많이 받습니다.
전고체 배터리란
전기 자동차에 쓰이는 리튬이온 배터리의 문제가 폭발이나 화재의 가능성과 낮은 에너지 밀고 그리고 외부온도에 따른 급격한 변화인 점을 살펴보았습니다. 이런 문제의 원인은 리튬이온 배터리에 쓰이는 전해질이 액체상태이기 때문입니다. 그럼 이 전해질을 고체로 바꿔보면 어떨까라는 생각에서 개발하고 있는 것이 전고체 배터리입니다.
일단 전고체 배터리 내부를 보면 전해질이 고체로 되어 있습니다. 그리고 분리막이 없죠. 이 두 가지가 리튬이온 배터리의 문제를 해결할 수 있는 포인트입니다. 전기자동차 화재의 주원인이 리튬이온 배터리의 폭발이나 화재인데 이것은 전해질이 액체이기 때문에 액체의 불안전한 성질에서 오는 것이고 또 음극과 양극을 분리해 주는 분리막의 손상에서 오는 것이기 때문입니다.
정리하자면 리튬이온 배터리가 갖고 있는 다양한 문제의 원인은 액체상태인 전해질과 분리막의 손상인데, 이것을 고체로 만들면 문제를 해결할 수 있으므로 전해질을 고체로 만들고 분리막을 없앤 것이 전고체 배터리입니다.
전고체 배터리가 전기 자동차의 미래인 이유
앞서 살펴보았듯이 전해질이 액체상태인 리튬이온배터리의 문제를 전고체 배터리로 모두 해결할 수 있습니다. 고체상태가 갖고 있는 안정성으로 폭발이나 화재의 위험성을 엄청나게 낮출 수 있습니다.
또한 에너지 밀도도 높아서, 즉 같은 공간에 더 많은 전기를 담아둘 수 있어서 더 먼 거리를 주행할 수 있습니다. 또는 같은 거리를 주행할 수 있다면, 더 적은 배터리를 사용할 수 있으므로 배터리가 차지하고 있던 공간을 다른 용도로 사용할 수 있습니다.
외부온도에 영향도 덜 받으므로 겨울철에 주행가능거리가 갑자기 반토막 나는 불상사도 막을 수 있습니다.
전고체 배터리를 사용함으로써 화재에서 안정적이며 더 많이 전기를 사용할 수 있고 추운 겨울에도 주행가능거리가 크게 변하지 않게 전기자동차를 탈 수 있다.
현재 전고체 배터리의 개발 현황
국내에서 전고체 배터리를 개발하고 있는 LG엔솔과 삼성SDI, SK온의 현재 개발 정도는 위의 이미지를 참고하면 됩니다.
이 중에 가장 눈에 띄는 것은 삼성SDI가 개발한 전고체 배터리가 1회 충전으로 800KM 이상 주행가능하고 약 1000회 충전과 방전이 가능한 전고체 기술을 확보했다는 것인데요 2027년까지 상용화를 목표로 한다니 현재 글을 작성하고 있는 2023년 기준으로 약 4년 후면 꿈의 배터리 기술인 전고체 배터리를 만나볼 수 있겠습니다.
정리
전기자동차의 빠른 보급으로 이제는 거리에서 전기자동차를 만나는 것이 어렵지도 않고 어색하지도 않은 일이 되었습니다. 하지만 전기자동차에 쓰이는 리튬이온 배터리가 종종 화재나 폭발로 뉴스에 나오기도 하고 주행거리가 만족할 만한 수준이 안되기도 히며 겨울철에 전기자동차가 쥐약이라는 말을 들으면 선뜻 전기자동차 구매가 망설여질 텐데요.
앞으로 약 4년 후면 전고체 배터리를 상용화할 수 있는 단계라고 합니다. 저는 조금 더 기다렸다가 전고체 배터리가 탑재된 전기자동차를 구매할 생각인데 여러분은 어떠신가요?
< 2차 전지(리튬이온전지)가 궁금하다면 다음 글도 읽어보세요.>
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