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실용적인 리튬 공기 배터리 개발을 위한 노력



(A new cell design could lead to high-performance batteries that are lightweight and cheap to manufacture (Credit: MIT))


 지난 수십 년간 배터리 기술은 급격한 진보를 이룩했습니다. 리튬 이온 배터리의 등장은 현재 우리가 겪는 모바일 혁명의 기초가 되었다고 해도 과언이 아닐 정도입니다. 그리고 더 나아가 이제 에너지 저장 시스템 (ESS)이나 전기 자동차 처럼 새로운 분야에서 더 강력하고 저렴한 배터리의 수요가 커지고 있습니다. 이 수요에 대응하기 위해 많은 과학자들이 새로운 배터리 기술을 연구하고 있습니다. 


 차세대 배터리 기술 가운데 하나로 주목받는 것이 리튬 - 공기 배터리 (Lithium air battery) 입니다. 공기 중의 산소가 결합했다 분리되는 것을 이용해서 충전과 방전을 하기 때문에 이 배터리는 훨씬 가볍고 많은 에너지를 저장할 수 있습니다. 


 단점은 산소를 주고 받기 위해 개방형(open cell)방식을 취할 수밖에 없다는 것입니다. 배터리의 효율을 저하시키는 이산화탄소나 수증기를 제거해야 하기 때문에 단가가 비싸질 수밖에 없습니다. 여기에 충방전시 상당량의 에너지가 열에너지로 변환되면서 발열과 폭발의 위험성이 있고 아직 충방전 사이클도 기존의 배터리 대비 낮다는 것이 문제입니다. 


 MIT의 연구팀은 이 문제를 개선하기 위해서 기존의 리튬 이온 배터리와 동일한 폐쇄형 리튬 공기 배터리를 개발했습니다. 이 배터리에는 산소가 고체 상태로 존재합니다. 즉 리튬과 산소가 결합한 상태로 존재하거나 혹은 산화코발트 상태로 존재하는 것입니다. 


 새로운 리튬 공기 (산소) 배터리는 폐쇄형이기 때문에 습기나 이물질을 제거하는 필터가 필요없고 기존의 리튬 이온 배터리처럼 작게 만들 수 있습니다. 또 충방전시 에너지 손실이 32%에서 8%로 감소해 발이 줄고 효율은 높아졌습니다. 충방전 횟수는 130회 정도입니다. 


 다만 폐쇄형이 되면서 무거워져서 기존의 리튬 이온 배터리 대비 무게 당 에너지 밀도가 비슷한 수준에 불과하다고 합니다. 하지만 연구팀은 지속적인 연구를 통해서 기존의 리튬 이온 배터리를 능가하는 성능의 리튬 공기 배터리 개발이 가능하다고 보고 개발을 진행 중에 있습니다. 어떤 결과가 나오게 될지 궁금하지만, 정말로 성공한다면 차세대 배터리의 시대를 앞당길 것으로 예상됩니다. 


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