1. 現在バッテリー技術の限界と開発方向
現在リチウムイオンバッテリーの問題点: 火事及び爆発危険が相変らず存在して, エネルギー密度に限界があって走行距離をもっとふやさなければならない課題があります. また, 核心資源が中国に集中されている問題もあります.
既存開発努力: 去る 30年間は主に両極嶺(NCM, LFP など)を改善して電圧をあげる方向に進行されたし, これにより用量は約 4倍増加するのに止めました. 現在は両極嶺改善が限界に至ったと評価されます.
2. 次世代バッテリーの核心: リチウムメタル陰極嶺
陰極嶺の変化: 次世代バッテリーはもう陰極嶺を既存の黒煙代わり **リチウムメタル(金属)**路変える方向に開発されています.
リチウムメタルの潜在力: リチウムメタルは黒煙よりリチウムを受け入れることができる用量が 10倍大きくて, これを通じてセル全体エネルギー密度を現在より約 2倍まで高めることを目標にします. これは電気車走行距離を画期的にふやすことができることを意味します.
致命的な問題点: リチウムメタル使用時充電過程で **デンドライト(樹枝状突起)**という枝模様の決定が形成されて両極と陰極を連結して合線(ショート)を起こして火事及び爆発を誘発します. また, デッドリチウムが生成されて用量が損失される問題もあります.
3. 前固体バッテリー(All-Solid-State) 開発の挑戦
デンドライト抑制努力: デンドライト問題を解決するためにリチウムメタル表面に保護のかさを着せてリチウムが平たく蒸着されるように誘導するとか, 液体電解質代わり 固体電解質を使って物理的にデンドライト成長を抑制しようとする前固体バッテリー技術が注目されています.
固体電解質の課題: 固体電解質は主に粒子(パウダー) 形態で使われるのに, 粒子と粒子の間の接触面積が小さくてリチウムイオンの移動通路が細くなって前途島が低くなる瓶の首現象が発生します.
固体電解質種類別特性: 高分子計は低温で效率が低く, 酸化物界は安定するがとても硬くて, 硫化物界はソフトするが水気に敏感で有毒ガスの発生する危険があります.
梁山及び価格問題: 前固体バッテリーはまだ実験室水準を越えて大規模梁山のための収率確保が難しくて, 素材と公正価格が非常に高いという問題があります. 梁山が成り立っても初期には高価製品に制限的に使われるように見えて, 本格的な商用化は 2030年以後に予想されます.
4. 韓国バッテリー産業の競争力と未来戦略
競争現況: 韓国は三星SDI など大企業を中心に前固体バッテリー技術開発で劣っていないです. しかし中国は LFP(リティユムインサンチォル) 両極嶺を基盤としたチープなバッテリーを通じて市場を早く確張しながら脅威しています.
対応戦略: 韓国はアメリカとヨーロッパに生産拠点を構築して現地自動車会社らと協力して, 特許を通じて中国外市場を防御する戦略を推進しています.
国家的努力: 二次電池はエネルギー安保と直結された国家戦略技術なので, 政府主導の下に大学, 研究機関, 企業が力を合した大規模戦略研究団を構成して核心技術(リチウムメタル保護のかさ技術など)を開発しています.
5. その他次世代バッテリー
リチウム硫黄電池: 重さが非常に軽くてドロンや空に飛ぶ自動車など軽量化が重要な分野に相応しいです.
ソディウムイオン電池: リチウムよりチープなナトリウムを使って価格競争力があるが, エネルギー密度が低くて現在は主に ESS(エネルギー保存装置)竜に検討されています.
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1. 현재 배터리 기술의 한계와 개발 방향
현재 리튬 이온 배터리의 문제점: 화재 및 폭발 위험이 여전히 존재하며, 에너지 밀도에 한계가 있어 주행 거리를 더 늘려야 하는 과제가 있습니다. 또한, 핵심 자원이 중국에 집중되어 있는 문제도 있습니다.
기존 개발 노력: 지난 30년간은 주로 양극재(NCM, LFP 등)를 개선하고 전압을 올리는 방향으로 진행되었으며, 이로 인해 용량은 약 4배 증가하는 데 그쳤습니다. 현재는 양극재 개선이 한계에 다다랐다고 평가됩니다.
2. 차세대 배터리의 핵심: 리튬 메탈 음극재
음극재의 변화: 차세대 배터리는 이제 음극재를 기존의 흑연 대신 **리튬 메탈(금속)**로 바꾸는 방향으로 개발되고 있습니다.
리튬 메탈의 잠재력: 리튬 메탈은 흑연보다 리튬을 받아들일 수 있는 용량이 10배 크며, 이를 통해 셀 전체 에너지 밀도를 현재보다 약 2배까지 높이는 것을 목표로 합니다. 이는 전기차 주행 거리를 획기적으로 늘릴 수 있음을 의미합니다.
치명적인 문제점: 리튬 메탈 사용 시 충전 과정에서 **덴드라이트(수지상 돌기)**라는 가지 모양의 결정이 형성되어 양극과 음극을 연결하며 합선(쇼트)을 일으켜 화재 및 폭발을 유발합니다. 또한, 데드 리튬이 생성되어 용량이 손실되는 문제도 있습니다.
3. 전고체 배터리(All-Solid-State) 개발의 도전
덴드라이트 억제 노력: 덴드라이트 문제를 해결하기 위해 리튬 메탈 표면에 보호막을 씌워 리튬이 평평하게 증착되도록 유도하거나, 액체 전해질 대신 고체 전해질을 사용하여 물리적으로 덴드라이트 성장을 억제하려는 전고체 배터리 기술이 주목받고 있습니다.
고체 전해질의 과제: 고체 전해질은 주로 알갱이(파우더) 형태로 사용되는데, 입자와 입자 사이의 접촉 면적이 작아 리튬 이온의 이동 통로가 좁아지고 전도도가 낮아지는 병목 현상이 발생합니다.
고체 전해질 종류별 특성: 고분자계는 저온에서 효율이 낮고, 산화물계는 안정하나 너무 딱딱하며, 황화물계는 소프트하지만 수분에 민감하고 유독가스가 발생할 위험이 있습니다.
양산 및 가격 문제: 전고체 배터리는 아직 실험실 수준을 넘어 대규모 양산을 위한 수율 확보가 어렵고, 소재와 공정 가격이 매우 비싸다는 문제가 있습니다. 양산이 이루어지더라도 초기에는 고가 제품에 제한적으로 사용될 것으로 보이며, 본격적인 상용화는 2030년 이후로 예상됩니다.
4. 한국 배터리 산업의 경쟁력과 미래 전략
경쟁 현황: 한국은 삼성SDI 등 대기업을 중심으로 전고체 배터리 기술 개발에서 뒤처지지 않고 있습니다. 하지만 중국은 LFP(리튬인산철) 양극재를 기반으로 한 저렴한 배터리를 통해 시장을 빠르게 확장하며 위협하고 있습니다.
대응 전략: 한국은 미국과 유럽에 생산 거점을 구축하고 현지 자동차 회사들과 협력하며, 특허를 통해 중국 외 시장을 방어하는 전략을 추진하고 있습니다.
국가적 노력: 이차전지는 에너지 안보와 직결된 국가 전략 기술이므로, 정부 주도 하에 대학, 연구기관, 기업이 힘을 합친 대규모 전략 연구단을 구성하여 핵심 기술(리튬 메탈 보호막 기술 등)을 개발하고 있습니다.
5. 기타 차세대 배터리
리튬 황 전지: 무게가 매우 가벼워 드론이나 하늘을 나는 자동차 등 경량화가 중요한 분야에 적합합니다.
소듐 이온 전지: 리튬보다 저렴한 나트륨을 사용하여 가격 경쟁력이 있지만, 에너지 밀도가 낮아 현재는 주로 ESS(에너지 저장 장치)용으로 검토되고 있습니다.