https://n.news.naver.com/article/newspaper/009/0005074785?date=20230116
배터리. 정의를 내리자면 화학에너지를 전기에너지로 바꾸는 장치
화학반응을 통해 전자의 이동이 이뤄지는데 전자를 잃는 걸 산화라 하고 전자를 얻는 걸 환원
전자를 잃고 전자를 얻는 과정에서 전기가 발생
2차전지. 전자의 이동은 이온이란 것이 음극과 양극을 오가는 과정에서 균형
전자와 똑같은 수만큼 이온이 움직임
이온이 양극에서 음극으로 이동하면 충전되고, 반대로 음극에서 양극으로 이동하면 방전, 즉 에너지가 방출
충전과 방전을 오가면서 에너지를 반복해 쓸 수 있는 배터리
성능은 에너지 밀도
에너지가 많다는 건 뽑아낼 수 있는 전자의 개수가 많은 동시에 양극과 음극 사이에 전위의 차이(전압)가 크다는 의미
현존하는 이온 중 여기에 가장 적합한 것이 리튬
양극재, 음극재, 전해질, 분리막
충전 땐 리튬이온이 양극재에서 빠져나오고 이걸 음극재가 받아준다
반대로 방전 시에는 음극재에서 나온 리튬이온이 양극재로 들어간다
이온이 움직일 통로가 필요한데 그게 전해질
양극과 음극은 서로 닿으면 안 된다. 부닥치면 소위 쇼트가 난다
이온만 통과시키고 직접적인 접촉은 막아야 한다. 그러려면 분리막
양극재와 관련해서는 이곳에 얼마나 많은 리튬이온을 저장해 이를 음극재로 보낼 수 있느냐, 어떤 양극활물질을 사용해 배터리 전압을 높일 것이냐의 문제
음극재는 리튬이온을 얼마나 안정적으로 받아들여 저장을 잘하느냐, 그래서 최소한의 용량 감소로 오랫동안 배터리를 사용할 수 있느냐의 문제
전해질은 이온을 잘 이동시켜야 하고 열에도 잘 견뎌야 한다
리튬이온배터리의 전해질은 액체다. 그래서 전해액
전해액 대신 젤 형태나 고체 전해질을 사용할 수 있다면 그만큼 화재 위험을 줄일 수
분리막. 틈이 생겨 이온 전달이 안 되면 곤란하다. 전기가 나간다
전기자동차가 1억원짜리라면 양극재가 1500만원은 된다.
양극재에 리튬이온을 많이 넣어야 하는데 그러려면 양극활물질이란 게 중요
일반적인 게 NCM(니켈·코발트·망간)
니켈의 함량을 얼마나 높이느냐에 초점
단결정이라 하면 말 그대로 한 덩어리로 하는 것이고 다결정은 각설탕 여러 개를 모아놓은 식
단결정 구조는 오래 쓰면 금만 가지 부서지지 않는다
불순물은 다결정보다 단결정일 때 더 많이 나오는데 배터리 성능에 치명적
가스를 생성시켜 화재 위험성
양극재에서 니켈 성분을 올리면 에너지 밀도는 높아지나 치명적인 두 가지 부작용이 발생
충·방전을 반복할수록 성능이 떨어진다
화재 위험성
니켈 함량을 중심부는 높게, 주변부는 낮게 배율을 달리
실리콘을 포함한 음극재를 사용하면 600㎞
주행거리는 늘릴 수 있지만 수명은 짧아진다
음극재에 아예 흑연을 안 쓰고 리튬금속을 쓰는 것도 최 교수의 연구 분야다. 이른바 리튬금속 음극재.
마그네슘이온배터리가 2차전지의 대세가 되는 날이 오지 말라는 법은 없다
미국 석유회사인 쉘과 공동으로 수행