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리튬이온전지 재료의 현재와 미래

전문가 제언: ○ 리튬이차전지는 휴대폰, 노트북 등 IT기기에 사용되는 소형전지 중심으로 성장하였으나, 최근 전기자동차 및 전력저장용으로 중, 대형전지로 용도가 확대되고 있다. 특히 전기자동차용 이차전지는 초기에 니켈수소전지(Ni-MH)가 90% 이상 사용되었으나 에너지 밀도, 전압 등이 우수한 리튬이온전지로 점점 대체 사용되고 있다.

○ 최근에 들어서는 화석 연료 고갈, 이산화탄소 감소 목적으로 전기자동차와 신재생 에너지의 에너지 저장장치 기능을 가진 스마트 그리드가 큰 관심을 받고 있으며, 리튬이온전지는 이와 같은 응용 수단의 에너지 저장장치의 후보로 떠오르고 있다. 리튬이온전지는 기본적인 장점을 가지고 있으며 수십 년의 연구로 오늘날의 고 에너지밀도, 고 사이클 수명, 고효율의 전지로 개발되어 왔다. 그러나 비용, 에너지 밀도, 전력 밀도, 사이클 수명, 안전 등의 성능 상의 경계를 허물기 위해 새로운 전극 재료에 대한 연구가 계속되고 있다.

○ 본고는 다양한 종류의 리튬이온전지 전극에 대한 중요한 기술적인 진보와 과학적인 과제를 제시하고 있으며, 여러 유형의 전극재료에 대하여 가격, 재료의 공급성, 안전, 리튬과 전자의 수송, 체적 팽창, 재료의 분해 및 표면 반응 등에 대하여 논의하고 있다. 특히 삽입 음극재료로서 폴리아니온 화합물과 천이금속 산화물, 전환 음극재료로서 유황과 리튬 설파이드 및 불소와 염소 화합물 그리고 양극재료로는 흑연과 경질 탄소, 리튬티탄산화물, 전환 합금재료에 대하여 상세하게 검토하고 있다.

○ 기존 리튬이온전지의 음극소재인 흑연 전극을 고용량과 고효율의 게르마늄계 전극소재로 개발 대체하여 기존 전지보다 3배 정도 더 오래 쓸 수 있는 기술이 포항공대 연구진에 의해 최근 개발되는 등 새로운 전극 재료가 산업계와 학계에서 활발히 연구되고 있어 멀지 않아 리튬이온전지는 기술적 및 경제적인 면에서 그 활용범위가 확대될 것으로 기대된다.

저자: Naoki Nitta, et al.
자료유형: 학술정보