리튬이온 축전지는 1991년에 최초로 상품화되었는데, 이전의 축전지에 비해 상당히 고출력, 고에너지 밀도를 가지고 있었기 때문에 혁신적인 축전 디바이스로서 세상에 기술 혁신을 일으켰다. 보급 초기에는 휴대전화나 퍼스널컴퓨터, 태블릿 단말 등과 같은 초소형 경량 디바이스의 큰 진화를 가져왔다. 최근에는 유럽과 중국을 중심으로 저탄소화에 대한 요구로 전기자동차의 급속한 보급이 추진되고 있다. 그러나 너무나 급속한 수요 증가 때문에 리튬이온 축전지의 재료가 되는 리튬과 코발트, 니켈과 같은 희소금속 공급 부족이 될 우려가 커지고 있다. 따라서 희소금속을 사용하지 않는 축전지로 전환하거나 재활용을 요구하는 등 축전 시스템 개발에 큰 변화가 일어나고 있다. 또한 보다 안전하고 고출력, 고에너지 밀도의 전고체 전지로 발전하기를 크게 기대하고 있다. 한편 저탄소사회 실현에는 태양광이나 풍력, 지열과 같은 자연 에너지의 유효 활용이 강하게 요구되고 있는데, 자연 에너지는 기본적으로 출력의 변동이 커서 그 안정화를 위해 대용량 축전지 시스템과의 연계가 필수적이다. 전기자동차 1대에 탑재되는 전기에너지는 일반 주택 1채용 축전 시스템의 3～5배 용량이기 때문에 전기자동차 축전
25년간 75만t 천연흑연 확보…"이차전지 소재원료 非중국산 기반 마련" 포스코인터내셔널이 이차전지 원료 사업에 본격적으로 진출한다. 포스코인터내셔널은 호주계 광업회사 블랙록마이닝의 자회사 탄자니아 파루 그라파이트와 이차전지용 천연흑연 장기 공급계약을 체결했다고 29일 밝혔다. 흑연은 이차전지의 음극재에 사용되는 핵심 소재로, 이차전지의 양극에서 나온 리튬이온을 저장했다가 방출하면서 전류를 흐르게 하는 역할을 한다. 최근 전기차 시장이 급성장하면서 흑연 수요 역시 급속히 늘고 있다. 포스코인터내셔널은 "시장조사 업체 '벤치마크 미네랄 인텔리전스'는 2035년 천연흑연의 수요가 지난해 전 세계 공급량의 6.5배에 이를 것으로 전망한다"고 밝혔다. 이번 계약으로 포스코인터내셔널은 1천만달러를 투자해 약 25년간 총 75만t 규모의 천연흑연을 공급받는다. 포스코인터내셔널과 천연흑연 공급을 계약한 파루 그라파이트는 탄자니아에 마헨지 흑연광산을 보유하고 있다. 해당 광산은 매장량 기준 세계 2위의 대규모 천연흑연 광산으로, 현재 마헨지 광산의 수명은 25년이다. 포스코인터내셔널은 이 기간 공급받은 천연흑연을 그룹 내 이차전지 사업회사인 포스코퓨처엠으로 공급할 계획이다
소니드가 이차전지 전처리 설비가 가능한 납축전지 재활용 업체 영한금속을 인수해 이차전지 폐배터리 재활용 사업 진출을 위한 교두보를 마련했다고 24일 밝혔다. 소니드는 영한금속 인수를 통해 폐배터리 재활용 사업에 필수적인 지정폐기물종합재활용업 인허가, 전후처리 공정 사업부지, 재련설비 등을 확보하게 됐다. 또한 이번 인수 후 기존 사업부지 주변에 대규모 부지를 추가 확보해 시설 증축 계획도 수립 중이다. 2005년 설립 이래 비철금속 재생 분야에서 활약해 온 영한금속은 배터리 절단기, 반사로, 정련기, 주조기, 집진기 등의 제련설비를 갖춰 다양한 원재료 가공이 가능하다. 여기에 리튬이온 배터리 재생 기술 이전만 마무리되면 NCM 계열 원재료 재활용도 가능해진다. 강화된 환경규제로 인해 지정폐기물재활용업에 대한 신규 인허가가 2011년 이후 전무한 가운데, 영한금속은 지정폐기물재활용업 인허가를 2005년부터 보유하고 있다. 리튬이온 배터리 재생사업 추진을 위해서는 폐기물종합재활용업 허가를 비롯해 통합환경 인허가, 유해화학물질 사용업 허가, 제한물질 수입 허가 등 다수의 환경 인허가가 필수다. 영한금속은 납축전지 폐배터리 재활용 사업을 통해서 순연과 합금연을 생산
고집적·저전력·고신뢰성 바탕으로 높은 인식률 선보여 한국재료연구원은 배터리 핵심 소재 리튬이온으로 차세대 뉴로모픽 반도체 소자를 세계 최초로 구현했다고 8일 밝혔다. 뉴로모픽 반도체 소자는 인간 뇌를 모사해 전력 소모를 줄이면서 고효율로 인공지능을 수행하는 새로운 반도체 소자다. 재료연구원 나노표면재료연구본부 김용훈·권정대 박사 연구팀이 이 기술을 개발했다. 연구팀은 배터리 핵심 소재인 리튬이온을 수십 나노미터 수준에 불과한 아주 얇은 막으로 만들어 나노소재와 접목하는 방법으로 새로운 뉴로모픽 반도체 소자를 만들었다. 이 기술을 활용해 제작된 인공지능 반도체 소자는 고집적·저전력·고신뢰성을 가지면서도 다양한 손글씨 패턴의 의미를 96.77% 읽어낼 정도의 높은 인식률을 보였다고 재료연구원은 강조했다. 연구팀은 이번 연구 결과를 지능형 웨어러블 디바이스(착용 가능한 컴퓨터 기기) 분야에 적용하는 후속 연구를 진행 중이다. 한편, 세계적인 학술지 'ACS'에서 발행하는 'ACS AMI'는 지난해 11월 이 신기술을 게재했다. 헬로티 서재창 기자 |
요약 데이터 센터에서 리튬이온 배터리 사용이 보편화하고 있다. 하지만 비용과 지속가능성 측면에서 리튬이온 배터리 재활용에 관한 회의적인 시각은 계속되고 있다. 사람들은 흔히 리튬이온 배터리를 대부분 매립지에 매립한다고 생각하고, 또 재활용을 하더라도 용광로에서 소각해서 몇 가지 금속을 회수하는 것을 제외하고 모든 것을 태워버리는 것으로 생각한다. 5년 전만 하더라도 이렇게 처리하는 것이 일반적이었다. 하지만 이제는 점점 더 많은 기업이 배터리로부터 유용한 광물을 더 많이 회수하고 폐기물은 최소화하는 재활용 프로세스를 도입하고 있다. 기업은 리튬이온 배터리 재활용을 통해 지속가능성은 높아지고 배터리로부터 회수한 광물의 가치가 높아짐으로써 전반적인 재활용 비용을 상쇄하는 것이 가능해지고 있다. 이 글에서는 리튬이온 배터리 재활용을 둘러싸고 어떤 새로운 동향들이 나타나고 있고, 어떤 새로운 재활용 프로세스들이 도입되고 있으며, 새로운 프로세스들이 기존 배터리 재활용 기법과 어떻게 다르고, 어떤 리튬이온 배터리가 더 많은 가치를 회수할 수 있는지 등등을 알아본다. 배경 정보 리튬이온 배터리는 일반 스마트폰, 개인 노트북, 전동 공구에서부터 하이브리드카와 자율주행차에
국립금오공대가 리튬이차전지용 '리튬화합물 음극 소재' 개발에 성공했다고 4일 밝혔다. 금오공대에 따르면 신소재공학부 전지신소재연구실 박철민 교수 연구팀이 '고성능 리튬이차전지용 신개념 리튬화합물 음극 소재' 개발에 성공했다. 고용량의 이차전지를 구현하기 위해서는 리튬 금속 및 실리콘을 음극 소재로 사용해야 하지만 현재 상용화되고 있는 흑연 음극 소재는 제한적 용량으로 인해 고용량 이차전지를 구현하는 데 어려움이 있다. 리튬 금속은 금속 자체의 높은 반응성으로 인해 안전성에 대한 우려가 있고 실리콘 음극은 충전 및 방전 시 수명이 저하되는 한계를 가진다. 또 이런 음극들은 초기 충전 시 일정량의 리튬이온이 영구 손실되는 문제도 있다. 연구팀은 이런 기존 음극 소재의 한계를 극복하기 위해 다양한 '리튬화합물 음극 소재' 개념을 새롭게 제안했다. 리튬화합물 음극 소재는 기존 상용화된 음극 소재들과 비교해 더 높은 초기 효율과 용량, 그리고 출력 특성을 보였다. 또 리튬화합물 음극은 일반적인 대기 중에서도 높은 안정성을 보였다고 연구팀은 전했다. 박철민 교수는 "이번 성과는 리튬이차전지는 리튬을 포함하는 양극소재 및 리튬을 포함하지 않는 음극소재로 구성된다는 기존
국내 연구진이 자유롭게 변형되고 늘어나, 신축성 있는 의류 표면에 인쇄할 수 있는 리튬이온 이차 전지를 개발했다. 한국과학기술연구원(KIST)은 소프트융합소재연구센터 손정곤 박사 연구팀이 양극과 음극, 집전체, 전해질, 패키징까지 모든 배터리 소재가 신축성이 있는 리튬 배터리를 개발했다고 10일 밝혔다. 관련 논문의 제1저자는 삼성디스플레이 소속 홍수연 박사다. 최근 고성능 웨어러블 기기와 신체 이식형 전자기기에 대한 관심이 늘며 배터리도 피부나 장기와 비슷하게 말랑말랑하고 변형이 가능한 형태로 만들어질 필요성이 커지고 있다. 하지만 기존 배터리는 단단한 무기물 형태의 전극 소재가 부피 대부분을 차지하고 있어 신축성 있게 만들기가 어렵고 형태를 변형하면 액체 형태의 전해질이 새는 문제가 있었다. 연구진은 유기젤 소재를 바인더(전극 소재를 복합체 형태로 제작할 때 같이 넣는 고분자 소재)로 사용해 에너지 저장 성능을 떨어뜨리지 않고 전극 자체가 늘어날 수 있게 했다. 또 전자를 전달하는 집전체도 3가지 크기의 금속 입자, 탄소나노튜브, 신축성 고분자의 나노 구조를 최적화한 잉크 형태로 개발해 고전압 상태에서도 안정적으로 전하집전체를 인쇄하는 기술을 확보했다.
헬로티 이동재 기자 | SK이노베이션이 전고체 배터리 기술 선도기업인 미국 솔리드파워(Solid Power)에 3천만 달러를 투자하고 공동으로 차세대 전고체 배터리를 개발하고 생산키로 지나달 28일 협약식을 맺었다. 전고체 배터리는 현재 배터리에 적용되는 액체 전해질을 고체 전해질로 대체한 배터리를 말한다. 화재에 민감한 액체 전해질 대신 고체 전해질을 적용하면 화재 위험이 현저히 줄어든다. 또, 배터리 무게와 부피도 줄어들어, 리튬이온 배터리가 갖고 있는 용량 한계를 뛰어넘을 수 있는 등 장점이 있어 주목받고 있다. 이날 협력을 통해 양사는 우선 기존 리튬이온 배터리의 NCM(니켈, 코발트, 망간) 양극재와 실리콘 음극재를 적용한 전고체 배터리 개발에 나선다. 이를 통해 에너지밀도 930Wh/L 이상을 구현할 계획이다. 현재 일반적으로 사용되는 리튬이온 배터리 에너지밀도가 약 700Wh/L인점을 감안하면 약 33% 뛰어난 성능이다. 같은 크기 배터리를 전기차에 탑재한다고 가정할 때, 한 번 충전으로 700km를 달릴 수 있던 전기차가 930km를 주행할 수 있게 되는 셈이다. 양사는 특히 기존 리튬 이온 배터리 제조 설비에서도 생산할 수 있도록 전고체 배터
헬로티 조상록 기자 | SK온이 4일 한국전기연구원과 리튬이온배터리의 안전성을 극대화하는 기술과 표준을 만들기로 하는 협약을 맺었다. 양측은 협약을 통해 배터리 성능, 신뢰성, 안전성 등 분야에서 면밀한 실험과 연구를 통해 더욱 진보한 배터리를 만드는 기술을 개발하는데 협력한다. SK온이 전기연구원과 협력에 나서는 이유는, 소비자들이 믿고 쓸 수 있는 SK온만의 ‘초격차’ 안전성을 구축하기 위해서다. 양측은 우선 배터리 화재 원인별로 구체적인 발생 조건을 찾기 위해 새로운 평가 방법을 개발한다. 예를 들어, 배터리 셀에 이물질이 들어가 화재가 발생하는 원인 분석을 위해서는 이물질 종류와 양에 따른 발화조건을 확인하고, 실제 사용 환경에서 발생할 수 있는 가혹한 환경을 가정해 불이 붙는 조건을 연구한다. 이렇게 도출한 실험값으로 화재를 예방하는 ‘초격차’ 기술 개발에 나선다. SK온은 또 전기연구원과 협력을 통해 내부 품질 평가 기준도 요구되는 규격을 뛰어넘는 수준으로 높일 계획이다. 전기차 실제 주행 환경에서 벌어질 수 있는 상황들을 고려해 가혹한 배터리 품질 테스트 기준을 마련할 계획이다. 이를테면, 배터리에 열을 가하고 견디는 정도를 측정하는 내열/내구성
헬로티 김진희 기자 | 현대자동차와 미국 제너럴모터스(GM)의 전기차 화재가 최소 2곳의 LG에너지솔루션 아시아 공장과 관련돼 있다고 로이터통신이 27일(현지시간) 보도했다. 로이터는 GM과 현대차가 미 교통안전 당국에 각각 제출한 문건을 토대로 양사가 최신 전기차 화재 사고를 LG에너지솔루션의 한국, 중국 공장들에서 생산된 리튬이온 배터리셀의 제조상 결함에서 유래된 것으로 보고 있다고 전했다. 보도에 따르면 GM은 지난주 미 도로교통안전국(NHTSA)에 LG와 GM의 전문가들이 지난달 21일 "같은 배터리셀의 두 가지 드문 제조상 결함"이 쉐보레 볼트 EV의 배터리 화재 원인으로 확인했다고 보고했다. 두 회사는 LG 오창 공장에서 제조한 배터리셀에서 음극 탭 파열과 분리막 접힘 등의 결함을 발견했다고 밝혔다. GM은 최근 애리조나주 챈들러에서 발생한 10번째 볼트 EV 화재 이후 "오창 공장 외에 다른 LG 공장에서 생산된" 배터리에서도 결함을 찾았다고 덧붙였다. GM은 LG에너지솔루션의 배터리가 장착된 볼트 EV의 화재 우려를 이유로 두 차례에 걸쳐 총 14만대 이상의 해당 차종을 대상으로 리콜을 단행했다. 현대차 역시 한국, 유럽, 캐나다에서 15건의
고려대 김동완 교수팀이 전기차에 응용이 기대되는 차세대 이차전지용 고성능 촉매 개발에 성공했다. 미래창조과학부는 기초연구지원사업의 지원으로 연구를 수행한 김동완 고려대 연구팀이 리튬과 산소의 산화와 환원을 이용해 전류의 흐름을 유도하는 차세대 '리튬-공기' 이차전지용 고성능 촉매를 새롭게 개발했다고 4일 밝혔다. 이차전지는 건전지 등 한번 쓰고 버려지는 전지가 아니라 충전해 재사용이 가능한 전기화학전지로 현재 '리튬-이온' 이차전지가 스마트폰, PC 등에 가장 일반적으로 사용되고 있다. 문제는 '리튬-이온' 이차전지는 가솔린을 사용하는 내연기관에 비해 에너지 밀도가 낮아 중대형급 이차전지 시스템으로 사용하기 적합하지 못한 단점이 있다. 이때문에 전기자동차 장거리 주행시 '리튬-이온' 이차전지를 사용하기에 어려움이 있다. 반면, '리튬-공기' 이차전지는 이론적으로 높은 에너지 밀도를 가지고 있지만 현재 전기촉매 소재는 높은 과전압 (overpotential) 현상으로 오는 에너지 손실과 느린 충·방전 속도, 짧은 수명 등의 한계점이 있다. 이를 극복하기 위해 충·방전 시에 산소 또는 리튬 산화물을 효과적으로 분해를 할 수 있는 전기촉매
최근 자동차용 배터리 관련 연구개발 현황 1. 한국 성균관대학교는 학내 물리학과 이영희 교수팀이 휴대전화 등 휴대용 초소형 전자기기에 활용할 수 있는 고성능 마이크로 슈퍼커패시터(Micro-Supercapacitor) 기술을 개발하는 데 성공했다. 전자기기를 작게 만들려면 전기 저장장치의 소형화가 필수적이다. 고체형 마이크로전지(리튬이온 등 2차전지)가 상용화되어 있지만 충전 속도가 느리고, 반복 충전 시 안정성이 떨어지는 문제가 있다. 이에 초소형 고성능 전기 저장장치인 마이크로 슈퍼커패시터가 대안으로 기대를 모아 왔으나 높은 출력에 비해 에너지 밀도가 떨어져 상용화에 걸림돌이 돼 왔다. 연구진은 기존 기술의 한계를 뛰어넘어 출력 성능이 매우 높으면서 에너지 밀도는 기존 리튬이온전지를 능가하는 고성능 마이크로 슈퍼커패시터를 만드는 데 성공해, 기존 마이크로전지를 대체할 초소형 전기 저장장치의 상용화에 대한 기대감을 높였다. 이번 연구 결과는 미국화학회가 발간하는 에너지과학 분야 국제학술지 어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials, IF 14.385)에 2월 20일 온라인 게재됐다. 연구진은 나뭇잎 줄기의 구조에서 착안해,
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