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 ...

전고체 배터리는 왜 어려울까 | 배터리 이야기 2화

전고체 배터리는 왜 어려울까 | 배터리 이야기 2화

전고체 배터리는 왜 어려울까

폭발하지 않는 배터리를 만들 수 있을까

1화에서 우리는 리튬 배터리가 왜 폭발하는지 살펴보았다.

문제의 핵심은 하나였다.

가연성 액체 전해질.

그렇다면 자연스럽게 이런 생각이 떠오른다.

“액체 대신 고체를 쓰면 되지 않을까?”

바로 이 아이디어에서 등장한 기술이 전고체 배터리다.

전고체 배터리는 무엇이 다를까

기존 리튬 이온 배터리는 이온이 이동할 수 있도록 액체 전해질을 사용한다.

하지만 전고체 배터리는 이름 그대로 고체 전해질을 사용한다.

  • 기존 배터리 → 액체 전해질
  • 전고체 배터리 → 고체 전해질

이 변화 하나로 여러 가지 장점이 생긴다.

전고체 배터리의 장점
  • 화재 위험 감소
  • 에너지 밀도 증가
  • 배터리 수명 증가

그래서 많은 기업들이 전고체 배터리를 차세대 배터리 기술이라고 부른다.

그런데 왜 아직 상용화되지 않았을까

문제는 의외로 단순하다.

이온이 움직이기 어렵다.

액체에서는 이온이 비교적 자유롭게 이동한다.

하지만 고체에서는 상황이 완전히 달라진다.

고체 내부에서는 원자 구조 사이를 통과해야 하기 때문에 이온 이동이 훨씬 느려진다.

이 때문에 배터리 성능이 크게 떨어질 수 있다.

또 다른 문제 : 계면 저항

배터리는 여러 층으로 이루어져 있다.

  • 양극
  • 고체 전해질
  • 음극

이 층들이 만나는 경계면을 계면이라고 부른다.

문제는 고체와 고체가 맞닿을 때 완벽하게 밀착되기가 어렵다는 점이다.

작은 틈이 생기면 이온 이동이 방해를 받는다.

이 현상을 과학에서는 계면 저항이라고 부른다.

전고체 배터리의 핵심 난제
  • 이온 이동 속도 문제
  • 계면 저항
  • 대량 생산 공정

그래서 아직 연구 중이다

전고체 배터리는 분명 매력적인 기술이다.

하지만 현실에서는 아직 해결해야 할 과학적 문제가 많다.

그래서 현재 대부분의 전기차는 여전히 리튬 이온 배터리를 사용하고 있다.

그렇다면 한 가지 궁금증이 남는다.

전기차 기업들은 이 문제를 어떻게 해결하려 할까?

다음 이야기에서는 세계에서 가장 유명한 전기차 기업 Tesla가 어떤 배터리 전략을 선택했는지 살펴보려 한다.

© 소소하지만 과학이야

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