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대용량 Li-Air(O2) 및 Li-S 전지

전문가 제언: ○ 전기차량(electric vehicle: EV)용 전지는 한 번 충전으로 장거리 운행에 필요한 에너지를 공급할 수 있어야 하고, 값도 싸야 한다. 그러나 현재 이차전지 시장을 지배하고 있는 리튬이온전지(Lithium-ion battery: LIB)는 EV용으로 부족한 점이 많다. 가장 큰 문제는 LIB의 이론적 비에너지(중량 에너지밀도)가 작아서 현재 실현되고 있는 최대 운행거리인 160km(100mile)가 크게 개선될 여지가 없다는 것이다. 또 전극의 중량이 크고 값이 비싸기 때문에 그 방면에서도 큰 개선을 기대하기 어렵다. 따라서 LIB를 넘어서는 새로운 이차전지의 개발이 필요하다.

○ Li-Air(O2)전지와 Li-S전지의 이론적 비에너지는 각각 ~3.5kWh/kg 및 ~2.6kWh/kg로서 LIB의 ~0.4kWh/kg에 비해 월등히 높다. 즉, 이 전지들을 이용한 EV는 한 번 충전으로 LIB EV보다 훨씬 먼 거리를 갈 수 있다. LIB가 무거운 Co-화합물을 전극으로 사용하는 반면에 Li-Air(O2)전지는 글자 그대로 공기(O2)를, Li-S전지는 S를 각각 전극으로 사용하기 때문에 전지의 무게가 가볍고 값도 싸다. 그럼에도 불구하고 수십 년간 연구되어 온 이 전지들이 아직도 실용화되지 못한 이유는 전지의 설계와 재료 면에서 해결하기 어려운 난제들이 산적해 있기 때문이다.

○ 최근 신기술의 발전과 친환경 에너지 저장기술에 대한 강력한 요구에 힘입어 Li-Air(O2)전지와 Li-S전지가 EV용 이차전지로 새롭게 각광받고 있다. IBM사, PolyPlus사, Toyota사 등은 Li-Air(O2)전지의 개발에, Sion Power사 및 독일-캐나다의 연구팀들은 Li-S전지의 개발에 각각 주력하고 있다. IBM사는 ‘Battery 500' 프로젝트를 통하여 한 번 충전으로 500mile(800km)를 운행할 수 있는 프로토타입 EV를 2013년에 제작하고, 2020년까지 Li-Air(O2)전지를 상용화할 예정이다. Sion Power사는 300mile Li-S EV를 목표로 하고 있다.

○ Li-Air(O2)전지와 Li-S전지는 전형적인 ‘고 위험-고 보상’ 기술로서 실용화에 성공할 경우 세계 EV 시장의 판도를 바꿀 잠재력이 있으므로 국내 회사들도 현재의 LIB 분야의 우위에 만족하지 말고 이 차세대 전지 연구개발에 힘을 기울여 경쟁력을 확보할 필요가 있다.

저자: Peter G. Bruce, Stefan A. Freunberger, Laurence J. Hardwick and Jean-Marie Tarascon
자료유형: 학술정보