더욱 커지는 2차 전지의 비중

배터리의 에너지 밀도를 결정짓는 핵심 물질

 

미래 산업의 핵심, 2차 전지

 

손전등에 끼워 쓰던 작은 원통형의 배터리, 이 같은 일반 가정에서 사용하는 건전지 형태의 배터리를 1차 전지라고 합니다.

1차 전지 같은 경우 한번 충전된 배터리 셀은 다시 충전하여 사용할 수 없기 때문에 다시 새로운 건전지로 교체해주어야만 하는데요.

그에 반해 2차 전지는 1차 전지에 비해서 가격이 높지만 여러번 충전하여 재사용할 수 있는 형태이기 때문에 오히려 1차 전지 보다 더 효율적으로 사용할 수 있고 더 경제적이라고 할 수 있겠습니다.

그렇다고 1차 전지가 이제는 더이상 쓸모없다고 할 수는 없는데요. 각각 1차 전지와 2차 전지의 전기적 화학반응 차이 때문에 장단점이 존재합니다. 1차 전지 같은 경우 한번 충전된 배터리 셀은 한번 방전되면 셀의 구성 요소인 리튬과 같은 원소들을 본래의 위치로 되돌리는 것이 불가능하기 때문에 전체 배터리 용량이 고갈되어 더 이상 전류를 머금을 리튬이 머무를 자리가 없어지기 때문입니다.  하지만 오랜 시간 에너지를 보존하며 사용해야 하는 경우는 오히려 장점이 있는데요. 1차 전지 같은 경우 2차 전지보다 자연적으로 일어나는 에너지 손실률을 줄일 수 있기 때문입니다. 그렇기 때문에 장기간 일정 상태를 유지해야 하는 전자장치의 경우 2차 전지를 사용하여 자연적 에너지 손실률 때문에 재충전해야 하는 불편함과 경제적 손실률을 따져보면 오랜 기간 에너지의 보존이 용이한 1차 전지를 사용하여 방전될 때마다 교체하여 주는 것이 더욱 효율적이기 때문에 여전히 1차 전지도 쓸모가 있다는 말이 되겠습니다.

 

하지만 방전 될때마다 버려지는 배터리의 잔해 때문에 환경적인 부분에도 단점이 있기 때문에 미래 산업의 경우 환경적 경우도 고려해야 하는 IT기업들의 경우 2차 전지에 더욱 주목해야 할 수밖에 없습니다.

2차 전지의 시작점은 1859년 납을 이용한 축전지 형태로 처음 만들어졌는데요, 플라스틱 재질의 네모난 케이스 형태에 내부에는 납으로 만들어진 양극과 음극을 통해 황산 전해액에 전기 에너지를 저장하여 사용하는 형태인데요, 비용 대비 에너지를 저장할 수 있는 용량이 매우 크기 때문에 주로 자동차나 보조 전원용 배터리로 사용되고 있습니다. 하지만 안전상 매우 큰 단점이 존재하는데요. 외부의 보호 케이스가 파손되는 물리적 충돌 같은 경우 큰 위험성은 없겠지만 과충전이나 전극 단자 연결이 잘못될 경우 심하면 폭발의 위험성이 있습니다.

납 축전지가 폭발할 경우 소재가 소재이니 만큼 신체적으로 유해한 물질들이 누출되는데요, 특히 납 축전지 내부의 황산같은 경우 매우 강한 산성물질인데, 만약 황산에 노출되게 된다면, 최대한 빨리 그 장소를 벗어난 후 꼭 물로 씻어내는 것이 중요합니다. 만약 약알칼리성을 띄는 물질이 주변에 있다면 중화 작용을 시킬 수 있지만 평소에 베이킹 소다를 휴대하고 다니는 분은 웬만하면 없을 것이라고 생각됩니다. 만약 물로도 씻어내지 못할 경우 산성으로 인해 피부에 화상을 입을 수 있습니다. 또 황산이 누출되었을 때 절대 가까이 계시면 안 됩니다. 만약 황산의 입자를 코로 들이마실 경우 체내의 점막에 염증을 일으킬 수도 있기 때문입니다.

 

납 축전지 같은 경우도 리튬 이온 배터리 같은 2차 전지로 빠르게 대체되고 있는데요.

납은 사실 꽤 희귀한 원소입니다. 그렇기 때문에 가격이 꽤 비싼 편에 속하는데요, 하지만 폐기된 납 축전지의 납은 거의 대부분이 재활용 되기 때문에 한번 납을 가공하면 계속해서 리사이클링이 가능합니다.

 

현대에 가장 사용 비중이 높은 2차 전지는 바로 리튬 이온 전지입니다.

왠만한 무선 전자기기의 경우 이 리튬 이온 전지가 채용되는데요, 이는 고밀도의 배터리 셀을 작은 크기에 저장할 수 있기 때문에 스마트폰과 같은 작은 크기의 전자기기에 높은 전기적 에너지를 저장시킬 수 있기 때문에 매우 효율적인 배터리입니다.

 

슬기로운 무선 생활

 

리튬 이온 전지 역시 방전될 경우 재충전 하여 사용할 수 있는 대표적인 2차 전지인데요. 다른 전지에 비해 에너지 밀도가 높고 자연적 에너지 손실률도 낮기 때문에 무선 전자기기에 많이 사용되고 있습니다. 과거의 리튬 전지는 이온화된 리튬이 아닌 금속 리튬을 이용했기 때문에 안정성이 매우 낮았었는데요, 후 리튬에 이온을 포함하는 물질을 사용하여 안정성을 높이는 방향으로 개발된 형태가 지금의 리튬 이온 전지라고 할 수 있겠습니다.

하지만 모든 배터리가 무조건 안전하진 않습니다. 이는 리튬 이온 배터리도 마찬가지인데요, 전지 특성으로 인해 여러번여러 번 방전이 될 경우 셀 내부에 복구가 불가능한 손상이 일어나게 되고 이로 인해 셀 전채의 용량이 감소하게 됩니다. 이로 인해 사용할 수 있는 용량이 점차 줄어들게 되기 때문에 여러 번 과방전 되어 음극 부분을 둘러싼 구리로 된 금속 박이 녹아내려 배터리 자체가 손상될 수도 있기 때문에 여러 번 방전된 전지는 사용을 멈추고 폐기하는 것이 효율적인 면에서나  안전상으로도 폐기하는 것이 좋습니다. 

 

 

더욱 커지는 2차 전지 산업

 

 

 

앞으로의 산업 형태의 중심에는 배터리가 핵심 역할을 하게 될텐데요, 여기서 핵심은 과연 배터리는 어떠한 형태로 발전해야 하는 가 일 것 같습니다. 앞으로 전자기기뿐만 아니라 모빌리티 산업등 여러 가지 분야에서 배터리가 사용되고 있는데요

전기차 같은 경우 한 번의 충전만으로 얼마만큼의 거리를 이동할 수 있느냐가 중요한 포인트 중 하나라고 생각됩니다.

 

여기서 전지의 양극재에 대한 소재는 배터리의 에너지 밀도를 좌우하는 부분인 만큼 매우 중요한 부분인데요, 여러 가지 원소 중 니켈이 주목받는 이유가 있습니다.

기본적으로 베터리 셀의 에너지 밀도를 높이기 위해 중요한 양극 활물질 중 이 물질의 용량을 늘리는데 중요한 역할을 하는 핵심 원소 중 니켈은 매우 중요한 소재로 꼽히는데요. 니켈은 배터리 용량을 높이면서 가격을 낮출 수 있는 핵심 소재로  각광받고 있습니다