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박막 충전리튬전지의 이슈와 도전

전문가 제언: ○ 전지(배터리)의 형태는 Ni-Cd, Ni-MH, Ag-Zn의 형태에서 리튬이온전지로 기술적인 발전을 이어오고 있다. 리튬이온 전지로 들어와서는 Li-폴리머, 박막 Li-이온의 형태로 발전하고 있다. 전자의 3개 형태는 전압이 1.2-1.5V정도이었는데, 리튬이온전지로 들어와서 3.6V를 나타내고 있다. 이는 향후 10년 이내에 이만한 개념의 배터리가 나올 확률이 적으며 박막리튬배터리는 그의 발전을 계속할 것이다.

○ 충전리튬전지는 휴대용컴퓨터 및 이동용 통신장비 등에서 파워를 공급하는 핵심기술이다. 이에 따라 박막전지는 필요한 전압과 용량을 공급하기 위하여 셀이 직렬이나 병렬로 연결되며 음/양극이 있고 그 사이에 전해질이 들어간다.

○ 리튬이온전지의 연구는 전극재료의 전기화학적 성능을 개선시키는 것과 코스트를 낮추는 일에 집중되어 있다. 전극의 전기화학적 성능을 개선하는 것은 많은 진전이 이루어졌으나 재료면의 이론적 접근에서 셀의 에너지밀도를 향상시키는 활성재료의 성질을 이해하는 것이다. 이는 단위 부피와 무게당 저장할 수 있는 전자의 수가 관건이며 이것이 전기화학 전위를 생산하는 것이다.

○ 고체전해질은 자체의 건축, 제조의 간편성, 양호한 기계적 전기화학적 성질, 모양과 크기에 대한 넓은 범위의 다변성 및 높은 에너지밀도를 가져야 한다. 고체전해질은 엄밀하게 말해서 Li+만 이동하고 다른 전자의 이동은 일어나지 말아야 한다. 이러한 조건의 유지를 위하여 전해질은 누설에 의한 부식이나 폭발이 없어야 하고 내부 합선이 없이 높은 안전성을 가져야 한다.

○ 이러한 목표의 진전에서 문제점은 나노재료의 전극과 전해질 사이의 부반응의 발생이라든가, Jahn-Teller효과의 방지를 적절한 재료설계로 이루어야 하고, 충/방전 사이클에서 오는 부피 변화의 최소화에 역량을 모아야 하는 등 보다 업그레이드된 연구가 필요하다.

저자: Arun Patil, Vaishali Patil, Dong Wook Shin, Ji-Won Choi, Dong-Soo Paik, Seok-Jin Yoon
자료유형: 학술정보