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리튬 이온 배터리 뛰어넘는다? 알루미늄 이온 배터리 기술 공개


 

(GMG has tested its tech in coin-cell prototypes, which it'll be sending out to customers for further testing later this year. Credit: GMG)




(From left to right: Mr Craig Nicol (GMG), Mr Timothy Scheiwe (GMG), Dr Ashok Nanjundan (GMG) and Dr Xiaodan Huang (AIBN), standing around showing each other coin cells as if they've been asked to by a photographer. Credit: University of Queensland)



 

 현재 널리 사용되는 리튬 계열 배터리들은 뛰어난 에너지 저장 밀도와 수명을 지녔지만, 더 저렴하고 우수한 배터리에 대한 수요가 커지면서 완전히 새로운 소재와 방식의 배터리 기술이 여기 저기서 등장하고 있습니다. 알루미늄 이온 배터리 역시 그 중 하나로 빠른 충전 속도와 내구성 때문에 주목받고 있습니다. 



 이전 포스트: https://blog.naver.com/jjy0501/220323224790



 호주 퀸즐랜드 대학이 개발하고 GMG (Graphene Manufacturing Group)이 상용화 하는 알루미늄 이온 배터리는 리튬 이온 배터리보다 에너지 밀도는 낮지만, 몇 가지 우수한 성질 때문에 앞으로 배터리 시장에서 가능성이 있다고 주장하고 있습니다. 



 연구팀이 주장하는 첫 번째 장점은 7,000 W/kg에 달하는 높은 전력 밀도 (power density)입니다. 배터리 용량이 작아도 방출하는 전류가 많으면 순간적으로 큰 힘을 내는 데 유리합니다. 이는 자동차 등에 유리한 특징입니다. 현재 상용화된 리튬 이온 배터리가 250-700 W/kg 인 점을 생각하면 상당한 수준입니다. 



 두 번째 장점은 충방전 시 매우 뜨거워지는 리튬 이온 배터리와 달리 열을 거의 발생시키지 않는다는 것입니다. 이는 스마트폰보다는 전기차에 매우 유리한 특징입니다. 많은 양의 배터리를 탑재한 전기차의 문제점은 배터리의 발열입니다. 잘못하면 화재로 이어질 수 있고 그게 아니더라도 자체가 너무 뜨거워져 탑승자에게도 영향을 줄 수 있기 때문입니다. 따라서 대용량 배터리는 항상 냉각 장치가 필요합니다. 



 GMG의 알루미늄 이온 배터리는 열을 거의 발생시키지 않기 때문에 별도의 냉각 장치가 필요 없다는 게 제조사의 주장입니다. 사실 에너지 저장 밀도 자체는 리튬 이온 배터리의 60% 수준으로 100kWh 용량 리튬 이온 배터리와 같은 무게의 알루미늄 이온 배터리는 용량이 60kWh 밖에 되지 않습니다. 그러나 80kg의 냉각 장치가 필요하지 않으므로 추가적으로 배터리를 더 탑재할 수 있어 용량을 72.8kWh으로 늘릴 수 있다는 게 제조사의 주장입니다. 무엇보다 발열과 화재 위험성이 줄어든다는 것이 가장 큰 장점일 것입니다. 



 하지만 가장 중요한 장점은 매우 빠른 충전 속도입니다. 이는 알루미늄 이온 배터리가 전반적으로 갖는 특징이지만, GMG의 알루미늄 이온 배터리는 기존의 리튬 이온 배터리보다 10배는 더 빠르다고 합니다. 따라서 전기차 충전 시간을 크게 단축할 수 있습니다. 



 마지막으로 기대할 수 있는 장점은 저렴한 가격입니다. 현재는 초기 단계라 가격이 그렇게 저렴하지 않지만, 알루미늄이라는 매우 흔한 소재를 사용하고 있고 추가적으로 들어가는 그래핀 역시 가격이 꽤 저렴해질 수 있어 가격 경쟁력이 있다는 것입니다. 



 일단 GMG 측은 코인 셀 타입 배터리 프로토타입을 테스트를 거쳐 실제 고객들에게 전달할 계획입니다. 이론적으로는 그럴 듯 하지만, 시장을 장악하고 있는 리튬 이온 배터리의 아성을 깨뜨리는 것은 쉽지 않을 것입니다. 막대한 생산량과 인프라, 이미 축적된 기술 덕분에 완전히 새로운 기술로 도전하기가 어렵기 때문입니다. 과연 어떤 결과가 나올지 궁금합니다. 



 참고



https://newatlas.com/energy/gmg-graphene-aluminium-ion-battery/


https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202010569

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