State-of-the-art 이차전지, 리튬이온전지
현재 리튬이온전지가 state-of-the-art 이차전지로 평가를 받으면서 잘 사용되고 있다. 리튬이온전지는 핸드폰 등 소형 모바일 IT 기기에 주로 사용되어 오다 전기자동차에 탑재되면서, 급격하게 시장 규모가 증가하고 있다. 한국은 리튬이온전지 시장에서 우수한 기술력을 바탕으로 선전하고 있으나 중국의 추격이 매우 맹렬하다. 리튬이온전지는 앞으로 이차전지 시장에서 매우 오랜 기간 주력 이차전지로 사용될 것으로 예측된다. 그렇다면, 왜 많은 기업과 연구기관, 대학들이 차세대 이차전지를 연구하고 있으며, 이의 향후 전개 방향은 어떻게 될지 논해보고자 한다.

리튬이온전지도 차세대 이차전지?
차세대 이차전지라는 용어는 계속 사용되어 왔다. 납축전지가 주로 사용될 때는 니켈카드뮴·니켈수소전지가, 니켈카드뮴·니켈수소전지가 사용될 때는 리튬이온전지가 차세대 이차전지였다. 응용처의 특성, 소비자의 기대치 등에 의해 새로운 이차전지의 필요성이 대두되고, 이에 대응할 수 있는 차세대 이차전지에 관한 연구·개발이 진행되는 것이다. 새로운 이차전지는 기존 이차전지 시장을 대체한다기보다는, 새로운 시장을 개척하면서 이차전지 시장을 팽창시키며 성장한다고 할 수 있을 것이다.

리튬이온전지의 한계? 소비자의 높은 기대치!
리튬이온전지도 기술의 산물이다. 따라서 당연히 이론적인 한계치가 존재한다. 이중 특히 중요한 세 가지 관점으로는 에너지밀도, 가격, 안전성을 꼽을 수 있다. 그간 에너지밀도, 가격, 안전성에서 획기적인 개선이 이루어지기는 했으나, 소비자의 기대치는 더 높다. 현재 일충전주행거리가 약 500km에 100$/kWh 수준의 이차전지가 탑재된 전기차가 출시되고 있으나, 소비자들은 더 긴 거리를 주행하면서 가격이 싼 전기차를 요구하고 있다. 또한 전기차 화재 소식이 간간이 언론에 보도된다. 흔한 일이 아니나, 이러한 사고가 발생한다는 것은 소비자들에게 안전성에 대한 불안감을 준다. 그래서 궁극의 안전한 전지에 대한 요구도 나오고 있다. 이는 당연한 요구라 생각된다. 리튬이온전지에 대한 기술 개발을 통해 이러한 한계치들을 극복하려는 연구·개발이 지속적으로 진행되고 있다. 또한 새로운 개념, 즉 차세대 이차전지를 통해 이를 극복하려는 연구·개발도 진행되고 있다. 차세대 이차전지를 통해서는 또 다른 장점과 특성을 가지는 이차전지의 개발을 통해 새로운 시장을 창출하려는 움직임도 일어나고 있다.

차세대 이차전지 개발 현황 및 적용 시장
현재 집중적으로 연구개발이 이루어지고 있는 차세대 이차전지 기술로는 전고체전지 기술, 나트륨이온전지 기술, 리튬황전지 기술, 리튬금속전지 기술을 들 수 있다. 각각은 차세대 이차전지 고유의 특성이 있고, 특정 응용처에서 장점을 가지는 시스템들이다. 전고체전지의 경우, 극강의 안전한 전지이다. 전기자동차 등에 활용될 수 있을 것으로 기대되고 있다. 나트륨이온전지는 지구상에 매우 풍부한 원소인 나트륨, 철, 망간 등을 활용하여 만드는 이차전지로, 경제성이 뛰어난 이차전지이다. 전력 저장, 신재생에너지 저장 등 MWh~GWh급 대규모로 사용되는 곳에 유리한 시스템이다. 리튬황전지는 중량당 에너지밀도가 높은 이차전지이다. 즉, 가벼운 전지이다. 가벼워서 UAM, 드론, 항공기 등 가벼운 특성이 중요한 부분에 우선 사용될 것으로 기대된다. 이외에도 차차세대 이차전지 기술로써 리튬공기전지, 다가이온전지, 수계아연전지, 레독스흐름전지 등 관련 기술들이 연구되고 있다.

차세대 이차전지 개발 로드맵
세계 각국은 차세대 이차전지 개발을 위한 로드맵을 수립하여 추진하고 있다. 우리 정부도 관계부처 합동으로 ‘차세대 전지 초격차 R&D 전략’을 2023년 4월에 수립하였고, 이차전지 관련 연구개발 로드맵도 수립하였다. 또한, 정부에서는 이차전지를 12대 국가 전략기술에 선정하였다. 앞으로는 이러한 추진 방안들을 실제 추진하여 기술의 초격차를 확보하고, 궁극적으로는 대한민국이 리튬이온전지 및 차세대 이차전지 시장에서 우위를 점하기 위해 지속적인 지원과 연구개발이 필요하다.

'전문 보기' 버튼을 누르시면 더 자세한 내용을 확인하실 수 있습니다.