[뉴스토마토 임유진 기자] 세대(generation)란 사전적으로 한 생물이 생겨나서 생존을 끝마칠 때까지의 기간을 말하는데요. 배터리 역시 여러 세대에 걸쳐 발전을 해왔다고 할 수 있습니다. 현재 우리가 쓰고 있는 리튬이온배터리는 ‘3세대 배터리’로 불리는데요. 그렇다면 이에 앞서 1세대, 2세대 배터리는 무엇이었을까요.
2차전지는 충전과 방전이 가능해 여러 번 사용할 수 있는 배터리입니다. 그 시작은 납축전지인데요. 납축전지는 2차전지 중 1세대 배터리로 1850년대에 양산된 이후 여러 곳에서 사용되고 있습니다. 지금도 내연기관 자동차의 시동용으로 사용되고 있으니 그 생명력이 상당하죠. 2차전지의 할아버지쯤으로 생각할 수 있습니다. 무엇보다 가격이 저렴하다는 것이 큰 강점으로 꼽힙니다.
2세대 배터리는 니켈계 배터리인데요. 니켈수소배터리, 니켈카드뮴배터리, 니켈아연배터리 등을 들 수 있습니다. 니켈계 배터리는 납축전지 대비 에너지 밀도가 높아 개발 당시 센세이션을 불러일으켰는데요. 음극의 종류에 따라 조금씩 다르지만 납축전지 대비 2배 이상의 성능을 자랑합니다. 주로 사용되는 음극의 종류에는 카드뮴, 철, 아연, 수소가 있는데요. 특히 니켈카드뮴배터리는 1950년대에 전동공구와 소형 가전에 사용돼 상당한 인기를 누린 바 있습니다.
차세대 배터리는 리튬이온배터리의 용량의 한계를 극복하고 안전성 문제를 해결할 수 있는 배터리로 주목받고 있습니다. 그간 2차전지 산업은 기술발전 → 시장형성 → 기업경쟁 → 제품개발의 순서로 발전했습니다. 세대마다 이같은 과정이 반복돼 다음 세대로 나아가는 식이었죠. 차세대 배터리 역시 아직은 기술발전 단계에 있지만 이러한 4단계의 과정을 통해 발전해나갈 것으로 예상됩니다.
최근 주목받고 있는 차세대 전고체 배터리 역시 고체 전해질과 함께 양극과 음극의 활물질을 바꾸는 것이 주요 개발 내용인데요. 리튬메탈배터리, 리튬황배터리가 대표적이죠. 고체 전해질을 사용해 안전성을 확보함과 동시에 양극과 음극의 활물질을 바꿔서 용량을 증대한다는 목표로 개발되고 있는 배터리입니다.
그렇다면 차세대 배터리들은 에너지 밀도를 어떻게 높일 수 있을까요? 배터리의 에너지 밀도를 높이는 방법은 보통 두 가지가 있는데요. 첫째는 에너지 밀도에 도움이 되지 않는 소재의 양을 줄이면서 반대로 에너지 밀도와 관련된 고용량 활물질을 더 많이 넣는 방법입니다.
둘째는 양극과 음극의 활물질을 바꾸는 것인데요. 하지만 차세대 배터리는 음극의 교체가 큰 변화를 가져올 것으로 보입니다. 음극을 교체해 에너지 밀도의 향상을 기대하는 거죠.
현재 전고체 배터리를 기반으로 차세대 배터리라 부르는 리튬메탈배터리와 리튬황배터리의 연구개발이 활발히 진행되고 있습니다.
한국 배터리.(사진=연합뉴스)
임유진 기자 limyang83@etomato.com