포스트 리튬 차세대 배터리 관련 정리

 

 

☆ 포스트 리튬 차세대 배터리 관련 한 장 정리

 

• 리튬은 수소와 헬륨을 제외한 원소 중에서 가장 가벼운데, 포스트리튬들은 리튬에 비해 에너지 저장용량이 단위 무게당 낮아지는 한계가 있습니다. 다가이온인 아연, 바나듐 등은 리튬과 부피가 유사하지만, 산화물 생성을 억제하는 공정이 필요합니다.
• 나트륨은 지구 표면에 리튬보다 1000배 이상으로 풍부하며, 추출 및 정제 비용도 저렴합니다.
• 나트륨 이온은 리튬보다 부피가 약 30% 크기 때문에 단위 부피당 에너지 저장용량이 확연히 낮아지고, 전고체 배터리를 구성하는 것이 기술적으로 어려워 제한이 있습니다.
• 나트륨 이온은 단위 무게당 저장량이 리튬보다 35% 이상 적으며, 충방전시 부피 변화가 크기 때문에 장기간 사용 시 빠르게 충전용량이 감소합니다.
• 나트륨 이온은 흑연음극을 사용할 수 없어 다른 음극소재를 고려해야 하는데, 가능한 소재는 흑연보다 저장용량이 낮습니다.
• 레독스 흐름 전지는 수용액 기반 전해질과 재활용 가능한 전해질로 대용량 에너지 저장용 이차전지의 새로운 개념으로 주목받고 있습니다. 바다듐 기반과 아연 기반의 레독스 흐름전지는 이미 설치되어 운영 중입니다.
• 아연-공기 전지는 높은 에너지 저장밀도와 저렴한 가격, 높은 충방전 사이클 용량을 지녀 주목 받고 있습니다. 상용화된 일차전지는 이미 있으며, 충전 가능한 전지는 연구 및 개발 중입니다. 그러나 두세 번의 충전 이후에 저장량이 감소하며, 아연 산화물 생성으로 성능이 떨어집니다.
• 아연-공기 전지에서 성능 향상을 위해서는 귀금속이 필요한데, 이는 높은 가격과 생산량 부족이라는 문제점이 있습니다. 대체제를 개발하는 연구가 진행 중입니다.
• 레독스 흐름 전지는 화재 위험을 낮추고 공정 가격을 크게 낮출 수 있는 장점이 있지만, 레독스 이온의 낮은 용해도로 인해 에너지 저장 용량이 제한적입니다. 또한, 장기간 충방전시 안정성이 떨어지고, 에너지 저장 단가가 리튬이온에 비해 높은 편입니다.

 

 

 

 

리튬은 전기자동차의 증가로 인해 예상보다 빠르게 고갈될 것으로 예측되는데, 이는 지구에서 제한된 지역에서 생산되고 양이 제한되어 있기 때문입니다.

→ 여러 곳에서 리튬이 많이 발견되고 있어서 이 주장이 정확한지에 대한 의문이 남아 있습니다.

 

 

• 리튬은 수소와 헬륨을 제외한 모든 원소 중에서 가장 가벼운데, 포스트리튬들은 사용 시 단위 무게당 에너지 저장 용량이 리튬보다 낮아지는 한계가 있습니다.
• 나트륨 이온은 리튬보다 약 30% 정도 큰 부피를 차지하고, 이로 인해 단위 부피당 에너지 저장 용량이 확연히 낮아지며, 리튬 이온보다 전고체 배터리를 구성하기 어려워 기술 발전에 제한이 있습니다.
• 아연, 바나듐 등의 다가이온은 부피가 리튬과 유사하나, 산화물의 생성을 억제하는 공정이 필요합니다.

 

• 나트륨은 지구 표면에서 리튬보다 1000배 이상 풍부하며, 추출 및 정제 비용도 리튬보다 훨씬 저렴합니다.
• 아연-공기 전지는 뛰어난 에너지 저장 밀도, 저렴한 가격, 높은 충방전 사이클 용량을 가지고 있어 주목받고 있습니다. 상용화된 일차전지는 이미 있으며, 충전이 가능한 전지는 연구 및 개발이 진행 중입니다.
• 전기차 이차전지의 가격이 현제 목표보다 반 이상 낮아질 수 있는 가능성이 언급되고 있습니다.

 

 

• 레독스 흐름 전지는 수용액 기반 전해질을 사용하며, 높은 충방전 사이클과 재활용 및 충전이 가능한 전해질로 인해 대용량 에너지 저장용 이차전지 개념으로 주목받고 있습니다. 이미 바다듐 기반과 아연 기반의 레독스 흐름전지가 설치되어 운영 중에 있습니다.
• 나트륨 이온은 리튬이온 대비 부피가 30% 이상 크기 때문에 충방전 시 속도에 제약이 있습니다. 또한, 단위무게당 나트륨 이온의 저장량이 리튬보다 35% 이상 적어 충방전시 전극 물질에 가해지는 부피 변화가 크고, 장기간 사용 시 빠른 속도로 충전용량이 감소하며 성능 저하가 발생합니다.
• 나트륨 이온은 기존 리튬이온에 사용되는 흑연음극을 사용할 수 없지만, 대안으로 사용 가능한 음극 소재는 흑연에 비해 저장용량이 낮습니다.

 

 

  

 

• 아연-공기 전지는 몇 번의 충전 후에는 원래의 저장량을 유지하지 못하며, 이러한 성능 저하는 아연 산화물 생성으로 인해 발생합니다.
• 성능을 향상시키기 위해서는 귀금속이 필요한데, 높은 가격과 부족한 생산량이라는 문제가 있습니다. 현재는 대체재를 개발하는 연구가 진행 중입니다.
• 레독스 흐름 전지는 화재 위험을 낮추고 공정 가격을 크게 낮출 수 있는 장점이 있지만, 레독스 이온의 낮은 용해도로 인해 에너지 저장 용량이 제한적입니다.
• 장기간 충방전시 안정성이 떨어지는 문제가 있으며, 에너지 저장 단가가 리튬이온에 비해 비쌉니다.

 

 

 

포스트＿리튬＿이차전지＿기술＿동향.pdf

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