1차 전지
1차 전지

조만간 바닷속에서 배터리를 충전할 수 있는 시대가 상용화될 것으로 보입니다.
현재 우리가 주로 쓰고 있는 화석 에너지는 석유, 석탄이 주 연료인데요. 이와 같은 자원은 매장되어 있는 양에 한계가 있다 보니 에너지 고갈 또한 무시할 수 없는 문제가 되었습니다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 태양광·풍력 에너지 등 친환경 에너지에 대한 개발에 힘쓰고 있는데요. 그러나 날씨에 많은 영향을 받는 친환경 에너지는 에너지를 저장하는 것 또한 중요한 사항이 되면서 전지가 많은 관심을 받고 있다고 합니다.

리튬 이온 배터리의 등장
리튬 이온 배터리의 등장

[리튬 이온 배터리의 등장]
핸드폰, 노트북, 자동차 등 우리가 일상생활에서 사용하는 것들에는 필수적으로 리튬 이온 배터리가 사용됩니다.
배터리는 우리가 ‘건전지’라고 불리는 1차 전지에서 시작이 되었습니다. 화학에너지를 전기 에너지로 전환해 사용하는 1차 전지는 수명이 다하면 더 이상 사용할 수 없었습니다. 이러한 단점을 극복하기 위해 80년대 말, 2차 전지가 등장하게 됩니다.
무선 전자제품을 사용할 수 있도록 해준 2차전지, 바로 리튬 이온 배터리입니다. 방전과 충전을 반복할 수 있는 긴 수명으로 약 500회까지 충전이 가능하며, 지구상에 존재하는 금속 중 가장 가벼운 물질입니다.
이처럼 다양한 장점을 가진 리튬 이온 배터리에도 치명적인 단점이 존재합니다. 바로 폭발의 위험성이 높다는 것! 폭발·화재의 위험성을 줄이기 위해서는 분리막이 아주 중요한데요.
리튬 이온 배터리는 분리막을 통해 양극과 음극을 오가며 충전과 방전을 하는 원리입니다. 이 사이에 있는 분리막이 아주 중요한 역할을 하게 되죠. 만약 배터리의 용량을 높이고 더 많은 리튬이온을 더 많이 넣기 위해 분리막을 얇게 만들 경우, 폭발의 원인이 될 수 있습니다.
이러한 단점을 보완해 만들어 낸 신개념 전지가 있다고 하는데요. 그 주인공을 만나보시죠.

해수 전지 배터리
해수 전지 배터리

[해수 전지 배터리란?]
리튬 이온 배터리를 대체하기 위해 새롭게 등장한 배터리, 바로 해수전지 배터리(Seawater Battery)입니다.
해수 전지는 바닷물에 녹아있는 나트륨을 이용해 전기 에너지를 저장하는데요. 나트륨 이온을 추출하여 음극재로 저장하고, 해수를 양극으로 이용해 전기를 생산하고 저장하며 그 나머지는 담수화*가 됩니다.

*담수화 : 바닷물로부터 염분을 포함한 용해 물질을 제거하여 순도 높은 음용수 및 생활용수, 공업용수 등을 얻어내는 과정

[왜 해수 전지 배터리일까?]
리튬 이온 전지는 에너지 밀도가 높고 질량이 낮아 자동차나 포터블에도 충분히 사용이 가능한데요. 대용량 에너지 저장장치인 풍력이나 솔라, 태양 전지 단지에 저장 장치를 집어넣기 위해서는 배터리의 크기가 아주 커야 하죠.

그런데 최근 전 세계적으로 리튬자원에 한계를 느끼고 있다고 합니다. 리튬이온 배터리의 기본 원료인 코발트·리튬 원자재의 가격이 3배 이상 폭등해버린 건데요. 36~40% 이상이 배터리 안의 양극 소재 값으로, 100% 수입하기 때문에 가격 부담이 심한 편입니다.
그와 반대로 해수 전지는 바닷속의 나트륨을 원료로 하기 때문에 원료의 양에 한계가 없습니다.
이러한 측면에서 볼 때 해수전지는 생산비용이 50%이상 저렴하기 때문에 비용적인 측면을 해결해 줄 수 있을 것으로 예상합니다.

또한 나트륨은 리튬보다 질량이 무겁고 에너지 밀도가 낮습니다. 따라서 배터리를 만들면 무거워지는데요. 나트륨 이온을 이용해 전하를 운반하는 해수전지는 리튬형 배터리보다 더 오래 쓸 수 있다는 장점이 있습니다. 해수 전지가 상용화되면 미리 충전해놓은 배터리로 공장을 가동할 수 있기 때문에 신재생에너지 이용이 가능해집니다.

뿐만 아니라, 모든 전지가 에너지 밀도가 높고 전압이 높으면 안전성 문제에 한계가 발생하는데요.
해수전지는 열 제어가 자체적으로 가능하기 때문에 화재에 대한 위험성이 적은 편입니다.

이처럼 시대가 발전함에 따라, 형상이 자유롭고 쉽게 변형이 가능한 전지가 필수요소가 되었습니다.
그 때문에 곳곳에서는 친환경 배터리를 개발하기 위한다양한 연구가 진행되고 있습니다. 한국전기연구원에서는 전기자동차용 리튬이온전지를 1회 충전으로도 400km까지 달릴 수 있도록 시도하고 있으며, 발화 가능성이 높은 유기전해액을 무기고체전해질로 바꾼 ‘전 고체 리튬 이차전지’ 개발을 위해 노력 중이라고 하네요.

해수전지로 활용할 수 있는 ‘해수 전지 상용화 연구’도 동시 진행되고 있다고 하니, 빠른 시일 내에 상용화 될 수 있길 바랍니다.

 

내용 출처
한국동서발전, 세계 최초 해수전지 배터리 상용화 우리나라에서 시작됩니다!
한국전기연구원, 찌릿찌릿 배터리 시리즈

이미지 출처
– 게티이미지뱅크(www.gettyimagesbank.com)