기본 콘텐츠로 건너뛰기

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. 


 참고 





댓글

이 블로그의 인기 게시물

100 테슬라급 자기장 도달

 미국의 로스 알라모스 국립 연구소 (Los Alamos National Laboratory) 에서 과학자들이 지금까지 인간이 개발한 가장 강력한 자기장을 발생시키는 장치 개발에 도전하고 있습니다. 자기장의 세기를 나타내는 방법으로 자기력선의 밀도를 나타내기 위해 단위 면적당 자기력선의 수를 표시하는 단위인 테슬라 (T) 가 있습니다. (1T = 1Wb/㎡  웨버 (Wb) 는 자속의 단위)   의료용으로 사용되는 초전도체를 이용한 MRI 의 경우 1.5 - 3 테슬라급의 강력한 자기장으로 인체 내부를 볼 수 있게 만들지만 과학 연구용으로 이보다 더 강력한 자기장이 필요할 수 있습니다. 최근에 등장한 90 테슬라급 자기장에 이어 이번에 로스 알라모스 국립 연구소에서는 100 테슬라급인 100.75 T 를 실현 했다고 합니다.   이를 구현한 것은 18000 파운드 (8.16 톤 정도) 의 코일과 여기에 에너지를 공급할 1200 메가줄 (Megajoule) 급 모터 제네레이터등의 설비입니다.  (   The 1,200-megajoule motor generator that powers the magnetic pulse.  )  이와 같은 연구를 통해 알아내고자 하는 것은  Quantum Phase transitions and new ultra high field magnetic states Electronic Structure determination Topologically protected states of matter  로 요약할 수 있다고 합니다.   아무튼 수 T 급 MRI 만 해도 자기장의 힘이 엄청난데 100 T 라니 엄청난 자기장이네요. 이는 지구 자기장 세기보다 200만배 강력한 (물론 좁은 범위에서 작용하는 자기장이라 지구 전체...

고대 양서류 이야기 (2) - 악어를 닮은 거대 양서류들

  페름기에는 다양한 양막류가 진화해서 앞서 소개한 육상형 템노스폰딜리는 점차 설 자리를 잃게 됩니다. 하지만 양서류는 본래 자신의 서식지인 물과 습지에서 여전히 번성을 누렸습니다. 당시에는 악어류 같은 대형 양서형 파충류도 없던 시절이었기 때문에 이와 비슷한 생태학적 지위는 여전히 양서류의 몫이었습니다. 이들에 대한 이야기는 제 책인 포식자에서 비교적 간단히 다뤘는데, 오늘은 여기에 대한 보충 설명입니다.  책 정보:  http://book.naver.com/bookdb/book_detail.nhn?bid=13347200 Yes 24:  http://www.yes24.com/24/goods/58772859 11번가:  http://books.11st.co.kr/product/SellerProductDetail.tmall?method=getSellerProductDetail&prdNo=1977867160 알라딘:  http://www.aladin.co.kr/shop/wproduct.aspx?ItemId=134877825 교보문고:  http://www.kyobobook.co.kr/product/detailViewKor.laf?ejkGb=KOR&mallGb=KOR&barcode=9788970447988&orderClick=LAG&Kc= 인터파크 :  http://book.interpark.com/product/BookDisplay.do?_method=detail&sc.prdNo=279593764&sc.saNo=003002003&bid1=search_auto&bid2=detail&bid3=prd_img&bid4=001 영풍문고:  http://www.ypbooks.co.kr/book.yp?bookcd=100843205&gubun=NV ...

이빨이 다시 진화한 개구리

  ( CT scans of Gastrotheca guentheri skulls revealed what appeared to be identical rows of teeth on both the upper and lower jaws, which researchers later confirmed through dissection. Credit: Florida Museum/Daniel Paluh )  개구리는 2억년 전 진화 과정에서 이빨을 잃어버리고 큰 턱과 혀를 이용해 곤충 같은 작은 먹이를 잡아 먹는 방향으로 진화했습니다. 파충류나 포유류 같은 다른 사지류와의 경쟁에서 밀려 양서류가 쇠퇴하고 멸종하던 시기에도 개구리는 여전히 생존할 수 있었던 비결입니다.   이빨이 없는 덕분에 큰 혀를 발사하기 편해졌을지는 모르지만, 이빨이 없으면 종종 불편할 때가 있습니다. 씹는 대신 삼키기 때문에 음식을 씹을 수 없다는 점은 문제되지 않지만, 필사적으로 달아나려는 먹이를 잡기 힘들기 때문입니다. 이런 이유 때문에 일부 개구리는 이빨 같이 보이는 엄니 (fang)을 지니고 있으나 이는 사라진 이빨이 다시 난 것이 아니라 다른 부분이 진화한 것입니다.   이는 돌로의 법칙 ( Dollo's Law )으로 알려져 있습니다. 진화 과정에서 퇴화한 부분이 다시 생겨나지 않으며 대신 필요하면 다른 부분이 진화해 그 역할을 대신한다는 것입니다. 예를 들어 아가미가 사라진 사지 동물은 다시 물에 들어온다고 해도 아가미가 다시 생기진 않습니다. 대신 고래처럼 폐가 커져서 그 기능을 대신하게 됩니다.   하지만 모든 법칙엔 예외가 있기 마련입니다. 남미에서 발견된 멸종 위기 개구리 중 하나인 구엔터 유대류 개구리 ( Gastrotheca guentheri, Guenther's marsupial frog, dentate marsupial frog)는 완전한 형태의 이빨을 지니고 있습니다. 참고로 유대류 개구리라는 명칭은...