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나트륨 기반 이차전지용 산화물계 고체 전해질 소재 연구 동향 원문보기

E<SUP>2</SUP>M : Electrical & Electronic materials = 전기 전자와 첨단 소재, v.33 no.1, 2020년, pp.38 - 47  

이종성 (경상대학교 나노.신소재공학부) ,  안수현 (경상대학교 나노.신소재공학부) ,  이윤기 (경상대학교 나노.신소재공학부)

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문제 정의

  • 본 기고에서는 나트륨 기반 이차전지용 고체전해질 소재를 소개하며, 특히 산화물계 나트륨 이온 전도성 고체전해질 소재 중 하나인 베타알루미나(Na β/β”-Alumina)의 연구 동향에 대해 살펴보고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
리튬 이온 전지의 특징은? 이차전지는 경쟁 기술 대비 높은 에너지 효율과 낮은 설계적 제약으로 인하여, 에너지 저장 및 변환 장치로 각광받아왔다. 그 중 리튬 이온 전지는 높은 에너지 밀도, 고출력 특성, 우수한 충방전 수명 특성으로 인해 소형 가전의 이동형 전원으로 시장 지배적인 위치를 차지해왔으며, 최근 전기차량(electric vehicles;EV) 및 대용량 에너지 저장 시스템(batteryenergy storage system; BESS) 등 고집적 에너지 분야로 적용을 확대하고 있다 [1-3]. 이차전지가 차량의 에너지원으로 적용됨에 따라 기존 화석연료 기반 시스템대비 이산화탄소 배출량 저감이 가능하며, ESS로 응용되어 전력의 효율적인 주파수 조정, 신재생에너지의 출력 안정화 등이 이루어지고 있으나, 이동거리의 제약 및 한정된 에너지 저장 능력으로 인해 지속적으로 용량 증대, 고집적화 및 출력 향상이 요구되고 있다 [4].
리튬이온전지에 존재하는 안전성 이슈는 무엇인가? 리튬이차전지용 전극의 주요 원료인 리튬염은 전 세계 매장량의 70% 이상이 남미에 편재되었으며, 수요와 공급의 불균형으로 인해 수급가격이 지속적으로 상승하고 있어 저단가화 및 생산량 확대에 한계가 예상된다. 또한, EV의 주행거리 향상 또는 BESS 에너지 저장량 증대를 위해 제한된 공간 또는 중량 조건 하에 이차전지를 집적하는 경우, 대규모로 발생하는 줄열(Joule heat)을 효과적으로 제어하기에 어려움이 있으며 과도한 발열은 가연성인 유기액 체전해질을 사용하는 리튬이온전지의 안전성을 위협한다. 최근 발생한 EV 및 BESS 화재 사고들(그림 1)로 인해 소비자들은 이차전지의 안전성에 대해 우려하게 되었으며 [5,6], 2019년 6월 산업통상자원부는 ESS의 23개 사고 현장에 대한 조사를 통해 발표한 안전 강화 대책에서 화재위험성이 적고 효율이 높은 차세대 배터리 개발 및 조기 상용화를 지원을 천명하였다 [7].
이차전지가 에너지 저장 및 변환 장치로 각광받고 있는 이유는? 이차전지는 경쟁 기술 대비 높은 에너지 효율과 낮은 설계적 제약으로 인하여, 에너지 저장 및 변환 장치로 각광받아왔다. 그 중 리튬 이온 전지는 높은 에너지 밀도, 고출력 특성, 우수한 충방전 수명 특성으로 인해 소형 가전의 이동형 전원으로 시장 지배적인 위치를 차지해왔으며, 최근 전기차량(electric vehicles;EV) 및 대용량 에너지 저장 시스템(batteryenergy storage system; BESS) 등 고집적 에너지 분야로 적용을 확대하고 있다 [1-3].
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참고문헌 (35)

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  5. K. Hyatt, Tesla Model X fatal crash and fire under investigation, https://www.cnet.com/roadshow/news/tesla-model-x-autopilot-crash-fire/%0A (2018). 

  6. 황건강, 최윤신, 모든 폭발.화재 위험에 대비하라?, https://jmagazine.joins.com/economist/view/326391%0A (2019). 

  7. 산업통상자원부, ESS 사고원인 조사결과 및 안전강화 대책 발표 (2019). 

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