전고체 배터리 전쟁 | 배터리 이야기 4화

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전고체 배터리 전쟁 | 배터리 이야기 4화 전고체 배터리 전쟁 삼성과 토요타는 왜 이 기술에 모든 것을 걸었을까 지금까지 우리는 배터리의 두 가지 문제를 확인했다. 리튬 배터리는 폭발 위험이 있다 전고체 배터리는 기술적으로 어렵다 그렇다면 이런 질문이 남는다. “그래도 누군가는 이 기술을 완성해야 하지 않을까?” 바로 그 경쟁이 이미 시작되어 있었다. 30년 전부터 시작된 연구 전고체 배터리 연구는 최근에 시작된 것이 아니다. 일본에서는 이미 1990년대부터 이 기술을 연구하고 있었다. 그 중심에 있는 기업이 있다. 토요타. 토요타는 하이브리드 자동차를 만들며 배터리 기술을 꾸준히 연구해 왔다. 그리고 그 다음 목표를 전고체 배터리로 설정했다. 토요타 전고체 배터리 목표 충전 시간 단축 주행 거리 증가 배터리 안전성 향상 토요타는 이 기술을 차세대 자동차의 핵심 기술 로 보고 있다. 한국도 가만히 있지 않았다 한국에서도 이 경쟁에 뛰어든 기업이 있다. 삼성. 특히 배터리 연구에서 삼성은 새로운 접근 방식을 선택했다. 바로 황화물 고체 전해질 . 이 물질은 이온 이동 속도가 매우 빠르다는 특징이 있다. 그래서 전고체 배터리의 가장 큰 문제였던 이온 이동 문제 를 해결할 가능성이 있다. 삼성 전고체 배터리 연구 방향 황화물 고체 전해질 에너지 밀도 향상 배터리 수명 증가 하지만 문제는 여전히 남아 있다 전고체 배터리는 분명 매력적인 기술이다. 하지만 현실은 여전히 어렵다. 대량 생산 기술 재료 비용 계면 안정성 문제 이 문제들이 해결되지 않으면 상용화는 쉽지 않다. 그래서 지금은 두 가지 길이 존재한다 현재 전기차 배터리 기술은 두 가지 방향으로 발전하고 있다. 기존 리튬 배터리를 발전시키는 ...

리튬 배터리는 왜 폭발할까 | 배터리 이야기 1화

리튬 배터리는 왜 폭발할까 | 배터리 이야기 1화

리튬 배터리는 왜 폭발할까

보이지 않는 곳에서 시작되는 작은 반응

어느 날 뉴스에서 이런 장면을 본 적이 있을 것이다.

주차장에 세워진 전기차에서 갑자기 연기가 올라온다. 몇 초 뒤 불꽃이 터져 나온다.

뉴스 앵커는 이렇게 말한다.

“배터리 열폭주로 추정됩니다.”

하지만 여기서 대부분의 사람들은 같은 질문을 한다.

배터리는 도대체 왜 폭발하는 걸까?

배터리 안에서는 무슨 일이 일어날까

리튬 이온 배터리는 기본적으로 세 가지 구조로 이루어져 있다.

  • 양극 (Cathode)
  • 음극 (Anode)
  • 전해질 (Electrolyte)

충전과 방전이 이루어질 때 리튬 이온이 양극과 음극 사이를 이동한다.

이 이온 이동이 바로 우리가 사용하는 전기의 근원이다.

핵심 원리

배터리는 리튬 이온이 이동하면서
전자를 외부 회로로 보내고 그 전자가 전기를 만든다.

문제는 전해질이다

리튬 배터리 내부에는 이온이 이동할 수 있도록 액체 전해질이 들어 있다.

이 전해질은 대부분 유기 용매로 만들어져 있는데 사실 한 가지 문제가 있다.

가연성 물질이라는 점이다.

즉 쉽게 말해 불이 붙을 수 있는 액체다.

열폭주라는 현상

배터리가 손상되거나 내부 온도가 상승하면 작은 화학 반응이 시작된다.

이 반응은 열을 만들어 낸다.

문제는 그 열이 다시 또 다른 반응을 일으킨다는 점이다.

이 과정이 반복되면 온도는 급격하게 상승한다.

이 현상을 과학에서는 이렇게 부른다.

열폭주 (Thermal Runaway)

열폭주란

열이 발생하고
그 열이 다시 반응을 가속시키며
결국 통제할 수 없는 온도 상승으로 이어지는 현상이다.

그래서 폭발이 일어난다

온도가 계속 올라가면 배터리 내부의 전해질이 기화하기 시작한다.

기체는 부피가 커지기 때문에 배터리 내부 압력이 급격히 상승한다.

그리고 어느 순간 그 압력은 배터리 외부를 뚫고 나온다.

이때 전해질이 공기와 만나면 화염이 발생한다.

우리가 뉴스에서 보는 전기차 화재의 많은 사례가 바로 이런 과정에서 시작된다.

그래서 등장한 새로운 기술

이 문제를 해결하기 위해 과학자들은 오래전부터 한 가지 질문을 던졌다.

“불이 붙지 않는 배터리를 만들 수는 없을까?”

그리고 그 질문에서 등장한 기술이 바로 전고체 배터리다.

다음 이야기에서는 왜 전고체 배터리가 등장했고 왜 아직도 상용화가 쉽지 않은지 살펴보려 한다.

© 소소하지만 과학이야

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