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전고체 배터리 상용화 언제쯤, 개발 동향 기대효과생활/IT 2023. 9. 7. 16:57
전고체 배터리 상용화 언제쯤, 개발 동향 기대효과
전고체 배터리는 현대 전력 저장 기술의 중요한 발전 중 하나입니다. 그래서 여러분께서 전고체 배터리 상용화 대해서 궁금함을 가지고 있을 것 같습니다.
여러 이유에 현재 전고체 개발 동향과 기대효과 등 다양한 정보를 준비해 보았습니다. 전고체 배터리는 액체 전해질 대신 고체 전해질을 사용하여 에너지를 저장하는 장치로, 이온 전동 에너지 저장 공정을 기반으로 작동합니다.
내용 1. 전고체 배터리 현재 기술 발전
2. 전고체 배터리 장점과 단점
3. 아이언맨 배터리전고체 배터리의 작동 원리는 전해질이 고체 상태인 것이 특징입니다. 전해질 내의 이온들은 양극과 음극 사이를 이동함으로써 에너지를 저장하고 방출합니다.
고체 전해질은 열과 충격에 강하며, 안전성 측면에서도 이점이 있습니다. 전고체 배터리의 주요 구성 요소 전고체 배터리는 양극과 음극, 그리고 고체 전해질로 구성됩니다. 양극과 음극은 전하를 주고받으며, 고체 전해질은 전하를 운반하며 배터리의 작동을 가능하게 합니다.
1. 전고체 배터리의 현재 기술 발전
전고체 배터리는 1970년대부터 연구가 시작되었지만, 상용화에는 어려움이 많아 2023년 현재까지도 개발 단계에 있습니다.
그러나 최근 몇 년 동안 전고체 배터리 기술 개발이 급속도로 진행되면서, 상용화 시기가 점차 앞당겨지고 있습니다. 전고체 배터리의 기술 발전을 이끌고 있는 주요 분야는 다음과 같습니다.
전고체 배터리는 아직 상용화 단계에 있지 않지만, 여러 장점으로 인해 전기 자동차, 휴대용 기기, 에너지 저장 시스템 등 다양한 분야에서 활용이 확대될 것으로 전망됩니다.
시장조사기관 SNE Research에 따르면, 전고체 배터리 시장 규모는 2022년 약 2,750만 달러에서 연평균 180%의 높은 성장률을 나타내어 2030년 약 400억 달러의 큰 시장을 형성할 것으로 전망됩니다.
전고체 배터리 산업은 한국, 일본, 미국, 중국 등 주요 국가에서 활발한 연구 개발이 진행되고 있습니다. 한국은 LG에너지설루션, 삼성 SDI, SK온 등 국내 배터리 3사가 전고체 배터리 개발에 대규모 투자를 진행하고 있으며, 2025년경 양산을 목표로 하고 있습니다.
또한, 정부도 전고체 배터리 산업 육성을 위해 다양한 지원 정책을 추진하고 있어, 전고체 배터리의 상용화는 전기차 시장의 성장과 함께 전고체 배터리 시장의 급속한 성장을 이끌 것으로 전망하고 있죠.
2. 전고체 배터리 장점과 단점
현재 알려진 전고체 배터리 장단점은 극명하게 나타나고 있습니다.
장점
높은 에너지 밀도와 용량을 가지고 있어, 더 많은 에너지를 저장할 수 있습니다. 또한 안전성이 개선되어 과열 및 화재 위험이 줄어듭니다. 긴 수명도 한 몫하며, 수년 동안 사용 가능합니다.
그래서 현재 전기차 배터리 경우 80% 효율이 떨어지는 시기 5~10년 사이에 교체를 권장합니다. 약 300~500 충방전 했을 때, 200,000만 Km 약 80% 이하로 성능 저하가 일어나, 출력저하, 화재 등 다양한 안전 문제가 발생하게 되죠.
이러한 부분을 "전고체 배터리 상용화" 되면 현재 전기차 배터리의 2배 충방전 1,000회 이상, 주행거리 상승, 충전 시간이 낮아지게 됩니다.
단점
전고체 배터리 상용화 제조 및 개발 비용이 높아 여전히 현재 리튬이온 배터리보다 2배 이상 비싼 비용 문제가 있습니다. 특히 냉난방이 필요한 환경에서는 성능이 저하될 수 있습니다.
전고체 배터리 상용화 소식의 장점만 본다면 항공, 선박에도 사용할 수 있지 않을까요? 질문을 남길 수 있을 것 같습니다.
그러나, 해당 내용과 다르게 이 질문에는 수소 연료 전지가 사용되거나 향후 더 발전된 모델을 개발에 있습니다.
3. 아이언맨 배터리
현재 글로벌에서 개발 중인 아이언맨의 배터리는 일반적으로 "아크 원자로"라고 불립니다. 아크 원자로는 아이언맨 슈트의 가슴에 위치하고 있으며, 슈트의 모든 기능을 구동하는 데 필요한 에너지를 제공하는 것이죠.
아크 원자로는 핵융합 반응을 통해 전력을 생산하는 것으로 알려져 있는데요. 아이언맨의 배터리 용량은 영화마다 다르게 설정되어 있습니다. 일반적으로 100MJ에서 1GJ 정도의 용량을 가진 것으로 추정됩니다.
조금 쉽게 설명하면 100MJ에서 1GJ 정도의 용량을 가진 전고체 배터리 용량으로 비교하는 100,000 KWh에서 1,000,000 KWh의 용량을 가진 배터리와 같습니다. (전기차 롱 레인지 약 80 KWh 배터리 대비 엄청난 에너지)
아크 원자는 핵융합 반응을 통해 전력을 생산하는 장치로, 태양의 에너지를 모방한 것입니다. 핵융합 반응은 수소와 중수소 등의 가벼운 원자핵이 결합하여 무거운 원자핵으로 변하면서 방출되는 에너지를 말합니다. 핵융합 반응은 기존의 핵분열 반응에 비해 훨씬 더 안전하고 효율적인 에너지 생산 방법으로 알려져 있습니다.
아크 원자의 연구개발은 미국, 일본, 유럽연합 등에서 활발하게 개발 진행되고 있습니다. 미국의 경우, ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor) 프로젝트를 통해 2025년까지 아크 원자로의 실증 모델을 건설하고, 2035년까지 실증 운전을 목표하고 있습니다.
일본의 경우, JAEA(Japan Atomic Energy Agency)에서 아크 원자로의 개발을 추진하고 있습니다. 유럽연합의 경우, EUROfusion 프로젝트를 통해 아크 원자로의 개발을 협력하고 있습니다. 이러한 아크 원자로가 개발된다면 상업용으로 선택되지 않을까요?
이외에도 다양하게 배터리 개발에 집중하고 있는 대한민국은 아래 영상과 같은 소재도 개발했었죠.