리튬 대신 포타슘? 18650 포타슘 이온 배터리 등장

(The 18650-format potassium-ion battery was launched at the 14th annual Beyond Lithium Conference at the Oak Ridge National Laboratory in Tennessee. Credit: Group1)

현재 2차 전지의 대세는 리튬 이온 전지입니다. 하지만 리튬의 매장량이 제한되어 있고 화재 위험성이 있어 새로운 대안이 모색되고 있습니다. 앞서 소개한 소듐 (포타슘) 이온 배터리가 가장 유망한 대체재이긴 하지만, 또 다른 물질도 존재합니다. 바로 지금 소개하는 포타슘 (칼륨) 이온 배터리입니다.

포타슘 역시 원소 주기율표에서 1족 원소 (리튬, 나트륨, 포타슘, 루비듐, 세슘, 프랑슘 순)에 속하기 때문에 리튬 이온과 비슷한 성질을 지니고 있습니다. 다만 리튬은 물론 나트륨보다도 원자량이 커 이온이 빠르게 이동하지 않기 때문에 배터리 소재로는 최근에야 주목 받았습니다. 최초의 포타슘 이온 배터리도 2004년 개발되었습니다.

하지만 리튬보다 훨씬 풍부한 원소라는 점 때문에 포타슘 이온 배터리의 가능성에 주목하는 이들도 있습니다. 관련 전문가들이 모여 2021년 설립한 텍사스 스타트업인 그룹1 (Group1)도 그런 경우입니다. 최근 그룹 1은 최초의 18650 포맷의 포타슘 이온 배터리 시제품을 공개했습니다.

이 회사의 포타슘 이온 배터리 (KIB)는 포타슘 프러시안 화이트 (Potassium Prussian White (KBW))라는 흔하게 구할 수 있는 물질로 된 음극재를 사용합니다. 양극재로는 역시 매장량이 풍부하고 쉽게 구할 수 있는 흑연을 사용하고 있습니다. 따라서 원재료비는 매우 저렴한 편입니다. 제조사에 따르면 음극재 역시 낮은 온도에서 제조할 수 있어 제조 단가가 저렴한 편입니다.

다만 에너지 밀도는 이미 많은 연구와 투자가 이뤄진 리튬 이온 배터리보다 낮습니다. 그룹 1의 시제품은 대략 160-180Wh/kg로 현재 많이 사용되는 LFP 리튬 이온 배터리의 205Wh/kg보다 낮습니다. 그래도 가격이 저렴하고 화재 위험성이 낮다면 충전 속도는 빠르기 때문에 전기차나 대용량 에너지 저장 장치 시장에서 수요가 있을 것입니다.

하지만 이미 많은 투자가 이뤄져 있고 대량 생산이 되고 있는 리튬 이온 배터리만큼 값싸게 공급하는 일이 쉽지만은 않을 것입니다. 포타슘 이온 배터리는 사실 리튬 이온 배터리는 물론이고 소듐 이온 배터리보다도 투자가 적게 이뤄진 상황입니다. 과연 포타슘이 새로운 배터리 소재로 주목받을 수 있을지 궁금합니다.

참고

https://en.wikipedia.org/wiki/Potassium-ion_battery

https://newatlas.com/energy/group1-18650-potassium-ion-battery/

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