우리 생활 속에는 다양한 산업들이 자리 잡고 있다. 편리하게 이용하고 있지만 왜, 어떻게 만들어졌는지, 우리 생활에 어떠한 변화를 가져다주는지 굳이 몰라도 되지만 알면 재미있는, 알아두면 쓸모 있는 여러 가지 생활 속 산업 이야기를 풀어내 본다. -편집자주
배터리는 전기 에너지를 저장하는 부품으로, 내연기관차의 연료탱크에 해당한다. 전기차의 주행거리는 보통 배터리 용량에 따라 좌우된다. (사진=픽사베이)
일반 내연기관 차량에서 엔진이 가장 중요한 부품이라면 전기차에서는 모터와 더불어 리튬이온배터리가 가장 중요한 부품 중 하나다.
전기차를 구성하는 배터리 무게만 해도 수백 kg에 달하는데다 전기차의 절반은 배터리 가격이라고 할 정도로 배터리 용량이나 주행거리 등 여러 가지 면에서 전기차에서 리튬이온 배터리가 담당하는 영역은 중요하다.
■ 전기차 핵심, 배터리
배터리는 전기 에너지를 저장하는 부품으로 내연기관차의 연료탱크에 해당한다. 전기차의 주행거리는 보통 배터리 용량에 따라 좌우된다.
배터리 용량이 클수록 주행거리가 늘어나지만 배터리의 부피와 무게 때문에 용량을 키우는 일은 간단하지 않다. 큰 배터리를 얹으면 실내 공간 및 짐 공간이 줄어들고 에너지 효율이 떨어질 수밖에 없다. 따라서 전기차의 주행거리를 효율적으로 늘리기 위해서는 배터리의 에너지 밀도를 높여야 한다.
리튬이온 배터리는 크게 양극, 음극, 전해액, 분리막 등 4개의 구성요소로 이뤄져 있다.
양극은 주로 배터리 용량, 사용시간에 영향을 미친다. 원가 및 성능 측면에서 배터리의 핵심 소재가 된다.
음극에는 활물질, 도전재, 바인더가 입혀지는데 실제 배터리의 전극 반응에 관여하는 물질을 ‘활물질’이라고 부른다. 음극 활물질은 양극에서 나온 리튬이온을 가역적으로 저장‧방출하면서 전류를 발생하는 역할을 하는 물질이고 도전재는 리튬 산화물의 전도성을 높이는 물질이다.
전해액은 양극에 있는 리튬이온이 음극으로 이동할 수 있는 매개체 역할을 한다. 전해액에 들어가는 물질인 전해질은 주로 액체 형태다. 관련업체들은 최근 전해질을 반고체 또는 고체상태로 만드는 기술에 집중하고 있다.
충전 상태일 때 리튬이온은 음극에 존재한다. 이 때 양극과 음극을 도선으로 이어주면 리튬이온이 전해액을 통해 양극으로 이동하게 되고, 리튬이온과 분리된 전자가 도선을 따라 이동하면서 전기가 발생한다.
분리막은 양극과 음극의 직접적인 접촉을 방지한다. 이 막이 불안정하게 되면 배터리가 폭발하기 때문에 안정성에서 매우 중요한 요소다.
양극 분산제 (사진=LG화학)
■ LG화학, 배터리의 고용량·고효율 혁신
LG화학은 분리막의 표면을 세라믹 소재로 얇게 코팅해 안전성과 성능을 대폭 향상시킨 SRS®(안전성 강화 분리막) 기술을 보유 중이다.
지난 7월에는 세계 최대 종합 배터리 소재 회사로 도약하기 위해 LG전자의 분리막 코팅 사업을 인수했다.
현재 국내 청주, 중국 항저우, 유럽 폴란드 브로츠와프에 코팅 생산 라인을 운영 중이며 세계 최고 속도로 분리막을 코팅할 수 있는 가공 역량 등 생산성을 극대화 할 수 있는 기술력을 확보하고 있다. 경쟁사 대비 2배 이상 빠른 코팅 속도와 넓은 코팅 폭을 기반으로 독보적인 원가 경쟁력을 갖추고 있다.
LG화학 관계자는 “전지소재에 대한 연구개발을 강화해 리튬이온 배터리의 고용량·고효율 혁신을 이끌어 나갈 것”이라고 말했다.
■ SK이노베이션, 용량 한계 뛰어넘는 배터리
SK이노베이션은 전고체 배터리 개발에 나서고 있다. 전고체 배터리 기술 선도기업인 미국의 솔리드 파워(Solid Power)에 3000만달러를 투자하고 공동으로 차세대 전고체 배터리를 개발및 생산할 방침이다.
양사는 기존 리튬이온 배터리의 NCM(니켈, 코발트, 망간) 양극재와 실리콘 음극재를 적용한 전고체 배터리 개발에 협력한다. 에너지밀도 930Wh/L 이상을 구현할 계획이다. 현재 일반적으로 사용되는 리튬이온 배터리 에너지밀도가 약 700Wh/L인 점을 감안하면 약 33% 뛰어난 성능이다.
SK이노베이션 환경과학기술원장은 “리튬이온 배터리 시장은 물론, 미래 배터리 시장을 선도하면서 생태계 활성화에 기여할 것”이라고 말했다.