충전지라고 다 똑 같은 충전기가 아니다. 2차전지는 뭐가 있나?
이 글은 삼성 SDI 필진으로 작성한 글입니다. 약간 재미는 떨어질 수는 있지만 앞으로 미래를 예상할 수 있습니다. 도움이 되었으면 합니다.
우리 주변에는 정말 많은 충전기가 있습니다. (충전지를 2차 전지라고 한다고 이미 블로그를 통해 포스팅한적이 있습니다.) 이 2차 전지는 충전을 통해 여러 번 사용할 수 있습니다. 한번 쓰고 버리는 1차 전지 이른바 로케트, 에너자이저 등은 당장 구입할 때 더 저렴하게 살수 있겠지만 장기간 사용을 따져봤을 때는 2차 전지 구입이 현명할 수 있습니다.
더구나 2차 전지 하나 구입해서 끝까지 사용하는 동안 1차 전지를 구입해서 동일하게 쓴다고 했을 때 상대적으로 버려지는 1차 폐 전지는 환경을 오염시킬 수도 있습니다.
자~ 그렇다면 우리 주변에 어떤 2차 전지들이 있는 것일까요?
여기서 말하는 것은 카메라 충전지, 노트북 충전기, 휴대폰 충전기 등의 종류를 말하자는 것이 아니라 2차 전지도 어떤 원료를 사용하느냐에 따라 그 이름과 장단점이 크게 달라집니다. 그럼 한번 살펴보겠습니다.
1. 납축전지
일명 자동차 배터리로 차량에 들어가는 대부분의 배터리가 이 납축전지 입니다. 다양한 크기와 용량을 조절할 수 있고 용량대비 저렴한 가격, 완전방전과 높은 온도만 피하면 2~4년 사용이 가능한 수명, 자기 방전률이 적다는 장점이 있지만 반면에 완전방전 시 재사용이 불가능하다는 점과 납의 공해문제, 에너지 밀도가 낮다는 등이 단점으로 꼽히고 있습니다.
차후 차량에는 납축전지가 아닌 리튬이온 전지 혹은 리튬 폴리머 전지가 들어갈 듯 합니다.
2. 니켈 카드뮴 (Ni-Cd) 전지
대표적인 2차 전지의 하나로 요즘 엄친아 처럼 유행하는 줄임말로 니카드 전지라고도 합니다. 이름 그대로 니켈과 카드뮴을 주원료로 하는 전지로 저렴하고 저온에서도 성능이 유지된다는 장점이 있지만 반면 카드뮴이 환경 오염을 일으킬 수 있고 저장밀도가 낮으며, 자기 방전률이 높아 요즘에는 많이 사용하지 않는 전지입니다.
3. 알카리 전지
이 알카리 전지는 알카라인 건전지와 헷갈릴 수 있습니다. 저도 글을 쓰기 위해 알카리 전지를 검색해 보니 알카리 전지를 무조건 1차 전지로 알고 있는 분들도 많더군요. 또는 알카리와 알카라인을 동일한 전지로 알고 있는 분들도 있습니다. 정확히 말하면 알카라인은 충전이 불가능한 1차 전지(물론 충전이 가능한 알카라인도 있습니니다.)이며 알카리 전지는 바로 충전이 가능한 2차 전지로 보고 있습니다.
수산화니켈을 주원료 하는 알카리 전지는 납축전지에 비해 충격에 강해 실생활 보다는 산업, 군사 용품으로 많이 사용된다고 합니다.
4. 니켈 수소 (Ni-MH, Nikel-Metal Hydrid)
요즘 많이 쓰이는 2차 전지로 니켈 카드뮴 배터리 보다 에너지 저장 밀도가 높아 2배 이상의 용량을 가지고 있습니다. 또한 완전방전을 하지 않을 경우 최대 500회 정도 충전이 가능합니다. 단점은 충전 메커니즘이 복잡해 충전기가 비싸고 니켈 카드뮴보다 가격이 비쌉니다.
5. 리튬이온 (Li-Ion)
요즘 각광받고 있는 2차 전지 입니다. 삼성 SDI가 리튬이온 전지의 선두를 다리고 있습니다.
요즘 나오는 거의 모든 노트북, 휴대폰, 스마트폰 등 모바일 제품에는 리튬이온 배터리가 내장되고 있습니다. 충/방전 횟수에 상관없이 최대 2~3년 동안 사용이 가능하며 소형 모바일 기기에 적당한 크기와 우수한 성능을 자랑합니다. 이는 완전방전 및 과충전 방지 회로가 있어 손상을 최소화 할 수 있습니다. 더구나 크기에 비해 높은 에너지 밀도를 가지고 있고 현재로써 최고의 2차 전지로 손꼽히고 있습니다.
물론 단점이 있습니다. 액체상태의 리튬이온은 충격이나 고온에 폭발할 위험이 있기 때문에 완전한 배터리라고 하기는 아직 미흡합니다.
6. 리튬 폴리머 (Li-Ion Polymer)
리튬이온이 현재 그리고 가까운 미래의 2차 전지라면 리튬 폴리머는 리튬 이온을 이어나갈 차세대 배터리라고 할 수 있습니다.
앞서 설명한 리튬이온이 액체상태인 반면 리튬 폴리머는 젤 타입의 전해질을 사용하여 안정성이 높다고 할 수 있습니다. 이와 함께 아주 얇고 다양한 모양의 배터리를 만들 수 있으며 플렉시블(휘어진) 형태의 디자인으로도 만들 수 있어 완제품 자체의 디자인에 파격적인 변화를 이끌고 올 수 있습니다. 현재 0.5mm까지 얇은 제품이 개발되었습니다.
하지만 리튬이온 전지보다 용량이 작고 수명이 2년 이내로 짧다는 점 그리고 가격대가 1.5배 정도 비싸다는 단점이 있습니다.
세상에는 완벽한 것은 없네요.
7. 수퍼 캐패시터(Supercapacitor)
기존 2차 전지에서 볼 수 있는 화학적 반응을 통한 충/방전이 아닌 활성탄에 붙는 전자의 물리적 흡/탈착 원리를 이용해 충/방전을 하는 2차 전지로 리튬이온 전지에 비해 에너지 밀도가 낮다는 단점이 있지만 순간적인 고출력(리튬전지의 5배)을 이끌어 낼 수 있습니다.
또한, 충/방전 횟수가 500, 5000번이 아닌 약 50만번에 이르며 순간적인 충/방전을 해도 열이나 변형 등의 부작용 없이 자기 성능을 그대로 유지합니다. 이미 도요타 프리우스에는 리튬이온 2차 전지와 함께 슈퍼 캐패시터가 장착되어 있습니다. 즉, 시동을 걸거나 급 가속, 높은 경사 이동 시 고출력을 요구하라 때 슈퍼 캐패시터가 작동됩니다.
하지만 가격이 비싸며 용량대비 저장 전력량이 낮아 부피가 크다는 단점이 있습니다.
이미 수퍼 캐패시터는 빠른 발전을 이뤄나가고 있습니다. 일각에서는 리튬이온 전지를 대체할 만한 2차전지로 꼽고 있습니다.
참 많네요.
2차 전지 시장이 올 하반기 그리고 그 이후부터 더욱 각광받을 것을 생각하면 국내 업체도 발 빠르게 움직여 2차 전지 시장을 선두자리를 차지했으면 하는 바램입니다. 이번에는 미국, 일본 등에 밀리지 않고 자기 기술력을 보유하여 에너지 선진국으로 우뚝 섰으면 합니다.
