Solid-State Battery 전고체 배터리 란?

안녕하세요. 오늘은 꿈의 배터리라고 불리며 차세대 배터리로 각광을 받고 있는 #전고체 배터리에 대해서 알아 보겠습니다.전고체 배터리(Solid-State Battery, SSB)는 전해질과 분리막이 불연성 고체 전해질을 사용하는 배터리입니다. 기존 리튬이온 배터리는 액체 상태의 전해질을 사용하지만, 전고체 배터리는 고체 상태의 전해질을 사용합니다. 이로 인해 여러 가지 장점이 있으며, 특히 안전성과 에너지 밀도 측면에서 주목받고 있습니다.

 

 

#전고체배터리 의 주요 특징은 다음과 같습니다.

향상된 안전성 고체 전해질은 누출이나 화재와 같은 위험을 크게 줄여줍니다. 또한, 고체 전해질은 액체 전해질보다 화학적으로 안정적이어서 열적 안전성이 뛰어납니다.

높은 에너지 밀도 전고체 배터리는 전지 안정성을 확보하기 위해 사용되었던 안전장치 및 분리막이 필요 없어 리튬이온 배터리에 비해 더 높은 에너지 밀도를 제공합니다. 이는 더 작은 공간에 더 많은 에너지를 저장할 수 있음을 의미합니다.

긴 수명 고체 전해질은 높은 열적 안전성을 가지고 있으며 분해되거나 변질되기 어렵기 때문에, 배터리의 성능 저하가 더디게 진행됩니다.

빠른 충전 시간 전고체 배터리는 내부 저항이 낮아 빠르게 충전될 수 있습니다.

 

전고체 배터리는 아직 몇 가지 도전과제를 가지고 있습니다.

낮은 이온 전도도 현재 사용되는 일부 고체 전해질은 아직 이온 전도성이 리튬이온 배터리에 사용되는 액체 전해질만큼 높지 않습니다.

계면저항 양·음극과 고체 전해질 사이의 계면저항이 액체 전해질에 비해 높아 배터리 에너지 효율과 충전 속도에 부정적인 영향을 미칩니다.

높은 제조 비용 전고체 배터리의 제조 과정은 복잡하고 비용이 많이 듭니다.

온도에 대한 제한 일부 전고체 배터리는 낮은 온도에서 이온 전도성이 감소하여, 충전과 방전 효율이 떨어질 수 있습니다.

 

전고체 배터리는 다양한 분야에서 혁신적인 기술로 간주되며, 특히 전기차 및 휴대용 전자기기의 발전에 크게 기여할 것으로 예상됩니다.

 

전고체 배터리 개발동향

전고체 배터리 기술개발에 가장 앞선 것으로 평가받고 있는 일본 도요타는 2000년대 초반부터 전고체 배터리 연구를 시작하여 현재 2,000여건의 전고체 배터리 관련 특허를 보유하고 있으며, 2020년에는 파나소닉과 합작사를 설립하고 전고체 배터리를 탑재한 전기차를 개발하고 있습니다. 그리고 일본 경제산업성은 전고체 배터리 기술개발을 위해 2018년 NEDO(신에너지산업기술종합개발기구) 프로젝트를 시작하였으며, 일본 내 전지 업체, 대학 및 공공 연구기관이 참여해 국가적인 사업으로 연구개발을 진행 중이라고 합니다.

 

미국의 퀀텀스케이프(Quantumscape)는 200여개의 전지 관련 특허를 보유하고 있고, 2020년 산화물 고체 전해질을 적용한 전고체 배터리 소형 셀 시제품을 공개하면서 큰 관심을 끈바 있습니다. 또한 전략적 제휴를 맺고 있는 폭스바겐과 함께 2025년 이후 전고체 배터리 상용화를 목표로 기술개발을 진행하고 있는것으로 알려져 있습니다.

 

미국 솔리드파워(Solid power)는 삼성, 현대자동차로부터 투자를 받아 2027년 전고체 배터리 상용화를 목표로 기술개발을 진행하고 있으며, 최근 에너지밀도 330 Wh/kg인 전고체 배터리 개발을 완료했다고 발표한 바 있습니다. 현재 시제품을 만들어 완성차 업체들과 함께 성능 검증을 진행중이며, 아직까지 전기차에 적용하기는 이르나, 2027년경 전기차용 전지로 상용화할 계획이라고 전해지고 있습니다.

 

국내에서는 삼성종합기술원이 2020년 전고체 배터리의 수명과 안정성을 높이는 동시에 셀 크기를 반으로 줄일 수 있는 기술을 개발했다고 발표한 바 있으며, 삼성그룹 내 이차전지 사업을 담당하고 있는 삼성SDI에서 2027년 전기차용 전고체 배터리 양산을 목표로 추진하고 있습니다.

 

LG에너지솔루션은 고분자계 전해질을 사용한 전고체 배터리 개발에 나서고 있습니다. 고분자계 전고체 배터리는 기존 리튬이온 전지 공정을 활용해 생산이 가능하다는 장점이 있으나 아직까지 고분자계 전해질의 이온 이동도가 현저히 낮다는 기술적 난제를 해결해야 한다고 합니다. 이로 인해 중장기적으로는 황화물계 전고체 배터리 기술 확보까지 나설 것으로 예상됩니다.

 

우리나라 업체에서 또한번 전고체 배터리개발로 앞서나갔으면 하는 바램이 있습니다.

오늘도 좋은하루 되세요~