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휴대형 전자장치용 나노구조의 리튬이온전지 음극재료 개발현황

전문가 제언: ○ 그동안 개발된 2차 전지는 어떤 물질을 충전물질로 쓰느냐에 따라 여러 종류가 있다. 즉, 니켈전지, 이온전지, 리튬이온전지, 폴리머전지, 리튬폴리머전지, 리튬설파전지 등이다. 니켈카드뮴전지와 니켈수소전지가 1980년대에 개발된 이래 리튬계 2차전지가 1990년대에, 리튬폴리머전지는 2000년대 이후에 개발되 사용 중에 있다. 그러나 아직도 성능개선과 가격경쟁력을 위한 연구를 한국을 비롯한 여러 나라에서 활발히 수행 중이다.

○ 리튬과 같은 알카리 금속들은 가전자를 쉽게 방출하여 양이온이 됨으로 적절한 양극과 조합되면 전지가 된다. 이 원리를 이용하여 2차 전지를 제조하는데 이 중 리튬은 크기가 매우 작고 가벼우며 확산이 잘되어 리튬전지는 쉽게 3V이상의 전압을 발생하며 단위 무게 당 큰 에너지밀도를 갖는 장점이 있다. 전기가 필요한 장치에 전지를 연결하면 전지내부에서 자발적인 화학반응 즉 방전이 발생한다. 이때 음극재료내의 리튬금속이 전자를 상실하고 이온이 되어 양극으로 이동하여 전기의 흐름을 유지한다. 앞에서 분석한 자료는 이와 같은 원리의 효율을 높이는 재료개발의 최근 연구이다.

○ 전지 개발초기에는 일본기업이 전 세계 시장 점유율의 반 이상을 차지하였으나 2013년에는 한국의 삼성SDI가 세계 1위, LG화학이 2위와 SK 등 한국기업이 일본이 독보적으로 차지하고 있던 2차 전지 세계시장 점유율의 45.4%를 차지하고 있다. 이와 같이 우리나라가 리튬 2차 전지 종주국인 일본을 제치고 선두주자로 등극한데에는 국내의 학계와 산업체의 활발한 연구가 있었기에 가능한 것이었다.

○ 국내산업계로는 삼성과 LG가 자체적으로 주도적인 연구를 하고 현대자동차도 상당한 연구를 하고 있다. 학계로는 UNIST, KAIST, 서울대, 한양대, 연세대, 금호공대, 창원대, 건국대 등의 순으로 연구가 활성화 되고 있으며 삼성전자 등의 산업체가 대학과 공동으로 연구를 수행 하고 있다. 국내산업체의 연구는 기존 제품의 품질 개선 등 실용적인 연구에 보다 더 집중하고 있으나 UNIST를 주축으로 한 국내대학의 연구는 현재의 문제보다는 고효율의 새로운 음극재료의 개발과 경제적인 제조과정을 위한 첨단 기초연구를 단독 또는 선진국들과 협동으로 수행하고 있어서 장래가 촉망된다.

저자: Xiaodong Xu, Sanghan Lee, Sookyung Jeong, Youngsik Kim and Jaephil Cho
자료유형: 학술정보