안녕하세요. 2024년 1월 26일, LG에너지솔루션이 리튬메탈전지를 개발하는 미국 벤터 기업에 지분 투자하는 것을 발표했는데요. 이전에는 배터리로서 리튬이온전지를 많이 사용하고 있죠. 오늘 이 글에서는 두 타입의 전지가 어떤 점이 다른지, 리튬메탈전지가 구체적으로 어떤 것인지 함께 알아보도록 할게요.
-매일경제-
LG에너지솔루션이 미국 배터리 개발업체에 투자하며 차세대 리튬메탈전지 기술 선점에 나섰다.
25일 LG에너지솔루션은 미국 애리조나주에 본사를 둔 사이온 파워에 지분을 투자한다고 밝혔다.
먼저 ‘사이온 파워’라는 회사에서 대해 알아보겠습니다.
사이온 파워(Sion Power)
1994년에 설립된 미국 기반의 배터리 기술 개발 벤처 회사입니다. 이 회사는 리튬메탈전지 분야에서 선도적인 위치를 차지하고 있으며, 특히 음극 보호층 기술에 있어서 중요한 역할을 하고 있는데요.
이 기술은 리튬메탈전지 개발의 주요 난제인 ‘덴드라이트’ 현상을 해결하는 데 중요하다고 해요.
사이온파워는 이 분야에서 470여 개의 국제 특허를 보유하고 있으며, 그들이 개발한 전지는 기존 리튬이온전지보다 더 많은 에너지를 저장할 수 있다고 주장하고 있죠.
*덴트라이트
이는 전기화학적 과정 중에 발생해요. 전지가 충전될 때, 리튬 이온이 음극으로 이동하면서 리튬 금속이 음극 표면에 침착되거든요. 이 과정에서 리튬이 불규칙하게 쌓이면서 나뭇가지 모양의 결정체, 즉 덴드라이트가 형성됩니다.
덴드라이트는 배터리의 내부를 단락시키거나 화학적 불안정성을 증가시킬 수 있어, 배터리의 성능과 안전성에 부정적인 영향을 미칩니다.
따라서 이 현상의 관리와 방지는 리튬메탈전지의 안전성과 효율성을 높이기 위한 핵심 요소라고 해요.
리튬메탈전지 Vs. 리튬이온전지
두 Type의 전지의 주요 차이점은 음극 재료에 있습니다:
- 리튬이온전지: 음극은 주로 흑연이나 리튬 철 인산염 같은 재료로 구성됩니다. 충전 시 리튬 이온은 양극에서 이탈하여 전해질을 통해 음극으로 이동하고, 음극의 재료에 삽입되요. 방전 시는 이 과정이 반대로 진행되죠.
- 리튬메탈전지: 음극으로서 순수 리튬 금속을 사용해요. 충전 시 리튬 이온은 양극에서 이탈하여 음극으로 이동하며, 순수 리튬층을 형성합니다. 방전 시에는 이 리튬층에서 리튬 이온이 방출되어 양극으로 이동하죠.
리튬메탈전지의 주요 장단점
현재 상용화된 리튬이온전지와의 비교에서 주요 장단점은 다음과 같습니다:
장점:
- 높은 에너지 밀도: 리튬메탈전지는 리튬이온전지보다 더 높은 에너지 밀도를 가지고 있어, 더 많은 에너지를 같은 공간에 저장할 수 있습니다.
- 경량: 리튬 금속의 사용으로 인해 전체 무게도 줄어들 수 있다고 해요.
단점:
- 안전성 문제: 덴드라이트 형성 및 리튬 금속의 높은 반응성으로 인한 화재 및 폭발 위험이 더 크다고 합니다.
- 수명 문제: 충전 및 방전 사이클을 반복하면서 발생하는 덴드라이트로 인해 수명이 짧아질 수 있어요.
- 높은 비용: 현재 기준으로는 생산 비용이 상대적으로 높습니다.
리튬메탈전지의 메카니즘
충전 및 방전 메커니즘을 화학적으로 설명하면 다음과 같습니다:
- 충전 과정: 리튬 금속 음극에서 리튬 이온이 이탈하면서 전자를 방출합니다. 이 리튬 이온은 전해질을 통해 양극으로 이동하고, 전자는 외부 회로를 통해 양극으로 이동하여 화학적 에너지를 전기 에너지로 변환하죠. 화학식으로는 다음과 같이 표현됩니다: Li→Li++e−
- 방전 과정: 리튬 이온이 전해질을 통해 음극으로 다시 이동하고, 전자는 외부 회로를 통해 음극으로 이동하여 전기 에너지를 화학적 에너지로 변환합니다. 화학식은 충전 과정의 반대로 표현되요: Li++e−→Li
위와 같이 여러 장점이 있지만 아직까지는 양산화를 못하고 있어요.
상용화가 어려운 주된 이유
- 덴드라이트 형성: 전지의 음극에서 리튬 덴드라이트의 형성은 내부 단락을 유발할 수 있으며, 이는 안전성 문제로 이어질 수 있어요.
- 안전성 문제: 리튬 금속의 높은 활성도로 인해 과충전이나 과방전 시 화재나 폭발 위험이 있어요.
- 수명 문제: 충전 및 방전 사이클을 거듭할 때마다 성능 저하가 발생하여, 리튬메탈전지의 수명이 상대적으로 짧을 수 있다고 합니다.
- 고비용: 현재로서는 생산 비용이 상대적으로 높으며, 이는 대량 생산에 있어서의 경제성 문제로 이어져요.
사이온 파워 투자의 효과
LG에너지솔루션이 사이온파워에 투자함으로써 얻을 수 있는 효과는 아래와 같습니다.
- 기술 선도: 리튬메탈전지 분야에서의 선도적 기술 확보 및 연구 개발 협력을 통한 기술 경쟁력 강화
- 차세대 배터리 개발: 덴드라이트 문제 해결을 포함한 고급 기술에 접근하여 차세대 배터리 시장에서의 위치를 강화
- 시장 확대: 새로운 배터리 기술의 상용화를 통한 미래 시장 확대 및 새로운 비즈니스 기회 창출
이런 전략적 투자는 LG에너지솔루션에게 기술 혁신과 시장 리더십을 제공할 수 있는 중요한 기회가 될 것 같아요.
향후 전망
리튬메탈전지의 미래는 매우 밝다고 볼 수 있습니다. 이러한 전지는 향상된 에너지 밀도와 가벼운 무게로 인해 특히 전기차와 재생 가능 에너지 저장 분야에서 혁신적인 발전을 가져올 수 있죠.
기술적 진보, 특히 덴드라이트 문제와 안전성 문제에 대한 해결책의 개발은 이 전지의 상용화 가능성을 높이고 있습니다. 또한, 글로벌 에너지 전환과 친환경 기술에 대한 수요 증가는 이 기술에 대한 투자와 개발을 촉진할 것으로 예상되요.
따라서, 리튬메탈전지는 미래 배터리 기술의 주요 트렌드로 자리 잡을 가능성이 높을 것 같습니다.
어떠신가요? 배터리 종류에는 여러가지가 있지만 지금은 리튬이온전지, 향후에는 리튬메탈전지가 널리 사용될 것이라는 것만 이해하시면 일반인의 상식으로서 높은 가치가 있을 것 같습니다.
그럼 오늘도 글을 읽어주셔서 감사합니다!
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