| 차세대 2차전지의 패러다임 변화 송희종 |
| 2017년 12월 03일(일) 18:32 |
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세계 최초의 전지는 약 2,000년 전 바그다드 전지라고 알려져 있다. 1932년 독일인 빌헬름쾨니히가 이라크 바그다드의 근교 호야트럽퍼 유적에서 발견했다. 높이 약 14㎝ 직름 약 8㎝의 작은 항아리 안에 원통형 구리판을 넣고 그 중심에 철 막대기를 꽃아 전체를 아스팔트로 고정하고 밀봉한 형태였다고 한다.
1780년경 이탈리아 볼로냐 대학의 생물학 교수였던 주이지 갈바니가 개구리를 해부하다 놀라운 현상을 발견한다. 철봉에 매단 개구리 다리에 우연히 황동 철사를 대었더니 개구리 다리가 꿈틀거리는 현상을 본 것이다. 이 현상을 증명한 사람은 이탈리아의 볼타이다. 볼타는 금속과 금속 사이에 어떤 수용액이 관계해 전기가 발생하는 것이 아닐까 하는 생각에 여러 가지 금속과 수용액을 사용해 실험했다. 그 결과 소금물에 적신 종이를 은과 아연판 사이에 끼우면 전기가 발생한다는 사실을 발견했고, 구리원판과 아연원판 사이에 소금물에 적신 종이를 끼워 겹겹이 쌓아 올리면 보다 큰 전기가 발생한다는 사실도 증명했다. 이 원리를 이용하여 묽은 황산에 구리와 아연을 담가 만든 것이 볼타전지이며, 오늘날 화학전지의 원형이다.
최초 1차 전지는 19세기 프랑스의 조류쥬 르클랑셰가 이산화망간과 모래, 톱밥을 채운 항아리에 탄소막대를 넣고 그 항아리를 염화암모늄 용액에 넣고 아연판 역시 염화암모늄 용액에 넣어 만든 전지로 현대 건전지의 원형이다.
2차 전지는 19세기 프랑스의 가스통 플랑테가 발명한 납축전지이다. 현재도 자동차 배터리로 많이 사용되고 있다. 음극을 납 양극을 이산화납 전해액으로 묽은 황산을 사용한다. 납축전지는 중금속에 의한 환경오염 문제와 무게가 너무 많이 나가는 단점이 있다. 이를 개선하기 위해 무게를 경량화한 니켈-카드뮴전지가 개발되었고, 환경 오염문제와 메모리 효과를 개선하고 효율을 높이기 위해 리튬-이온 전지가 개발되었다.
현재 다양한 산업분야에 사용되고 있는 전지는 리튬이온전지이다. 이 전지는 단주기 급방전의 특징이 있어 전기자동차에 전량 적용되고 있으며, 유해물질이 없어 친환경적이다. 또한 에너지 밀도가 높고 충전시간도 짧아 주목을 받고 있다. 그러나 화재, 폭발 같은 고질적인 안정성 문제가 있어 이를 극복하기 위한 연구도 진행되고 있다.
이러한 단점을 보완하기 위해 미국, 일본, 호주, 중국, EU 등 세계 각국은 레독스흐름전지 개발 및 산업육성에 집중하고 있다. 레독스흐름전지 시장은 2015년 3천만 달러에서 2024년 10억 달러로 내다보고 있으며, 2차 전지 중 가장 많은 수익을 창출할 것으로 예상한다. 일반적인 2차 전지 대비 수명이 길고 전지 재생 시 전해액만 교체하므로 유지보수 비용이 저렴하고 친환경적이다는 장점이 있다.
레독스흐름전지는 향후 전기자동차, 에너지저장장치(ESS·Energy Storage System) 등의 시장에서 리튬이온전지(LIB), 납축전지 등을 대체할 것으로 전망하고 있다. 특히 주류를 이루고 있는 리튬이온전지의 경우 점차 성능개선 속도가 둔화하고 있다. 전문가들은 리튬이온전지를 대체할 수 있는 차세대 2차전지 개발 및 상용화가 매우 시급하다는 보고 있다. 이에 롯데케미칼, OCI, H2, 에너지와공조 등 국내 여러 업체는 이미 발 빠르게 흐름전지 시장에 뛰어들어 구개발과 상용화 사업을 추진하고 있다. 광주시도 레독스흐름전지의 성장 가능성을 내다보고 기술개발을 위해 2012년부터 2017년까지 에너지와공조를 주축으로 20kW급 흐름전지 기술개발을 완료하고 한국전자통신연구원과 호남대에 설치하여 성능을 분석하고 있다. 광주전남혁신도시에 이전한 한국전력공사에서도 집중적인 연구개발이 이루어지고 있으며. 향후 산업화를 통해 수출을 목표로 하고 있다. 우리 시가 유치한 한국에너지기술연구원이 전국에서 가장 높은 레독스흐름전지 기술력을 보유하고 있는 등 주변 환경 및 여건이 우리 시의 정책 방향과 같아 산업화가 더욱 촉진될 것으로 보인다.
현재는 관련 산업의 기술고도화를 위해 소재·부품기업 성장지원사업을 기획하고 정부에 국비 지원을 건의 중이며, 상용화 제품 시험 및 인증을 위한 시험인증센터를 광주지역에 유치하기 위해 온갖 정성을 기울이고 있다. 이미 글로벌 시장의 2차 전지 패러다임은 레독스흐름전지로 거세게 변화 및 진화 중이다. 세계 시장 선점 및 차세대 2차 전지 기술개발을 위한 발 빠른 대응과 제품 상용화를 위해 정부주도의 관심과 지원이 절실하다고 생각한다.