리모컨, 게임기 등 배터리가 방전되어 교체한 경험이 다들 한 번쯤은 있으실 텐데요. 배터리 산업이 점점 발전하여 이제는 높은 효율의 배터리를 쉽게 만나볼 수 있게 되었습니다. 그 예로 전고체전지의 한 종류인 리튬황전지 그리고 2차 전지인 리튬이온 배터리 등이 있는데요.
이 중 리튬황전지는 양극의 황이 환원반응을 통해 전기를 발생시키는 전지를 말합니다.
리튬황전지가 차세대 배터리로 각광받는 데에는 다음과 같은 장점이 있는데요.
- 안전성
2차전지의 경우 전해질이 가연성 액체여서 고열에 폭발할 위험이 높지만, 리튬황전지는 전해질이 고체이기 때문에 충격에 의한 누액 위험이 없고 인화성 물질이 포함되지 않아 발화 가능성이 낮습니다.
- 고용량 및 경량화
리튬황전지의 경우 이론상 에너지 밀도가 리튬이온 대비 5배에 육박하기 떄문에 가벼우면서도 고용량 배터리로 사용될 수 있습니다.
- 낮은 원가
양극으로 매장량이 풍부한 자원인 '황'을 사용하기 때문에 높은 가격 경쟁력을 보입니다.
이렇게 장점이 많은 리튬황전지이지만, 아직 상용화되지 않은 이유는 몇가지 문제가 있기 때문입니다.
가장 큰 이유로는 '셔틀 효과'라고 하는 양극 소재의 전해질 용출 문제가 있습니다.
셔틀 효과란 충전/방전 과정에서 생성되는 리튬폴리설파이드가 전해질로 용출(분해)되는 현상인데요.
이 과정에서 배터리 수명이 줄고, 유해가스가 발생하는 등의 문제가 발생합니다.
그렇다면 전해질 용출 현상을 억제하기 위한 해결방안은 무엇일까요? 다음과 같습니다.
- 고체전해질
전해질을 액체가 아닌 고체로 바꾸어, 용출을 원천차단
- 유기황고분자
탄소와 황원소의 강한 결합력을 통해 양극 소재의 소실을 방지
- 중간층 형성
음극으로 확산되는 현상을 억제하기 위해 중간층을 추가 형성
리튬황전지가 차세대 배터리로 각광받는 이유는 따로 있는데요.
가벼우면서 고밀도, 고용량 배터리이기 때문에 UAM(도심항공교통)이라 불리는 수직이착륙 비행기의 배터리로 사용될 수 있기 때문입니다.
국토교통부에 따르면 세계 UAM 시장은 2025년 109억 달러에서 2030년 516억 달러, 2040년에 이르면 6090억 달러 규모로 폭발적인 성장이 예상된다네요.
이 밖에도 드론, 전기차 등 리튬황전지 활용 분야에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다고 합니다.
어릴 적 SF영화에서 나오던 일들이 점차 현실로 다가오고 있는데요. 리튬황전지가 미래에 어떤 분야에 적용될 지 벌써부터 기대가 됩니다.
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