#66. 리튬이온 배터리가 각광받고 있는 이유

"기술은 인류의 삶을 더욱 살아나게 합니다."

 

리튬이온 배터리는 기존의 배터리보다 우수한 성능과 안정성을 보여주면서도 더 가벼우며, 보다 오랜 시간 동안 충전된 상태를 유지할 수 있습니다. 이러한 기술의 발전은 전기 자동차, 스마트폰, 노트북 등의 기기들을 보다 효율적으로 사용할 수 있도록 해주며, 또한 지속 가능한 에너지 소스를 추구하는 시대의 요구에 부합합니다.

 

리튬이온 배터리의 발전은 우리가 사용하는 기술들을 더욱 발전시키며, 인류의 삶을 더욱 풍요롭게 만들어주는 중요한 요소입니다. 이러한 기술의 발전에 끊임없이 도전하는 것이 우리 모두에게 좋은 일입니다.

1. 리튬이론 배터리를 발명한 사람

  리튬이온 배터리의 발명자는 1980년대에 출신 미국 케임브리지(Massachusetts)의 매사추세츠 공과대학(Massachusetts Institute of Technology, MIT)에서 근무하던 존 베네스(John B. Goodenough) 교수와 샤이 교수입니다. 이들은 고체 상태 리튬 이온 배터리의 개발에 성공하였고, 1991년 이에 대한 논문을 발표하였습니다.

 

  그 이후로 리튬이온 배터리는 더욱 발전하며 다양한 분야에서 사용되고 있습니다. 이들의 발명은 모바일 기기, 전기 자동차, 재생 에너지 시스템 등 현대 사회에서 필수적인 기술 중 하나가 되었습니다. 2019년에는 존 베네스 교수를 비롯한 리튬이온 배터리 개발자 3인이 노벨화학상을 수상하였습니다.

 

 

2. 전기자동차에 리튬이온 배터리을 쓰는이유

  리튬이온 배터리에서 리튬을 사용하는 이유는 리튬의 높은 전기화학 활동성과 상대적으로 가벼운 무게 때문입니다. 리튬은 다른 금속보다 전자를 더 쉽게 잃어버리고 얻어들일 수 있기 때문에, 전기화학적으로 매우 활성적인 금속 중 하나입니다. 이러한 성질은 리튬을 충전 및 방전할 때 전하를 전달하는 데 매우 유용합니다.

 

  또한, 리튬은 상대적으로 가벼운 원소이기 때문에 배터리의 에너지 밀도를 높일 수 있습니다. 에너지 밀도는 배터리가 저장할 수 있는 에너지 양을 배터리의 크기와 무게에 대한 비율로 표현한 것입니다. 따라서 리튬을 사용하면 더 많은 에너지를 저장할 수 있으며, 배터리의 크기와 무게를 줄일 수 있습니다.

 

  그러나 리튬이온 배터리에서 사용되는 리튬은 상대적으로 적은 양으로 사용되며, 이는 리튬의 높은 화학적 활동성과 관련이 있습니다. 너무 많은 리튬을 사용하면 배터리의 안전성이 감소할 수 있기 때문입니다. 따라서 적절한 양의 리튬을 사용하여 안전하고 효율적인 배터리를 만들어야 합니다.

 

  예를 들어, 일반적으로 3000mAh 용량의 스마트폰 배터리는 약 1시간 이내에 50% 이상 충전이 가능하며, 완전 충전하는 경우 대부분 2~3시간 정도 소요됩니다. 충전 완료 후에는 사용 시간도 스마트폰의 사용 방식, 화면 밝기, Wi-Fi나 블루투스 사용 여부 등에 따라 달라집니다. 일반적으로 중간 정도의 사용량으로 1일 이상 사용 가능한 경우가 많습니다.

 

  전기 자동차의 경우에는 배터리 용량이 상당히 크기 때문에 충전 시간도 길고 사용 가능한 시간도 상대적으로 길어집니다. 일부 전기 자동차의 경우 80%까지 충전하는 데 30분 정도 소요되며, 100%까지 충전하는 데는 몇 시간에서 10시간 이상 소요될 수 있습니다. 사용 가능한 시간은 전기 자동차의 모델과 주행 조건에 따라 다르지만, 대부분의 전기 자동차는 1회 충전으로 수백 km 이상 주행이 가능합니다.

 

 

3. 리튬이온 배터리는 일반 건전지와 무엇이 다른가?

 

  리튬이온 배터리는 일반 건전지와 몇 가지 면에서 다릅니다. 그 중 가장 큰 차이점은 충전이 가능하다는 점입니다. 일반 건전지는 한 번 사용 후 폐기해야 하지만, 리튬이온 배터리는 충전을 통해 여러 번 재사용이 가능합니다. 이로 인해 배터리를 계속해서 구매해야 하는 일반 건전지와 달리, 리튬이온 배터리는 재사용이 가능하므로 경제적이며, 자원의 효율성을 높이기도 합니다.

 

  또한, 리튬이온 배터리는 더 높은 에너지 밀도를 가지고 있습니다. 에너지 밀도는 단위 부피나 단위 무게당 저장 가능한 에너지 양을 말하는데, 리튬이온 배터리는 일반 건전지보다 더 많은 에너지를 저장할 수 있습니다. 따라서, 같은 크기의 배터리를 사용하더라도, 리튬이온 배터리는 더 오래 사용할 수 있습니다.

 

  또한, 리튬이온 배터리는 과충전이나 과방전으로부터 보호되는 기능이 내장되어 있습니다. 이는 배터리를 더욱 안전하게 사용할 수 있게 해줍니다. 일반 건전지는 과충전이나 과방전으로 인해 불안전한 상황이 발생할 수 있습니다.

 

  하지만, 일반 건전지는 더 저렴하고, 사용하기 간편하며, 더 넓은 온도 범위에서 사용 가능합니다. 따라서, 리튬이온 배터리와 일반 건전지는 각각의 특성에 따라 사용 분야가 다르게 나뉘어 사용됩니다.

 

4. 리튬이온 배터리에 의 원리

  리튬이온 배터리는 현대 사회에서 널리 사용되는 충전식 배터리입니다. 이전에 사용되던 니켈 카드뮴(Ni-Cd) 배터리나 니켈 수소(Ni-MH) 배터리보다 용량이 크고 충전 횟수도 많아서 모바일 기기, 전기 자동차, 재생 에너지 시스템 등 다양한 분야에서 사용되고 있습니다. 하지만 이러한 배터리도 사용자가 알아야 할 몇 가지 중요한 점이 있습니다.

  오랫동안 방치되어 있으면 배터리 용량이 감소할 수 있습니다. 따라서 가능한 빨리 충전하고 사용하는 것이 좋습니다.

 

  리튬이온 배터리는 화재나 폭발 가능성이 있기 때문에 안전에 유의해야 합니다. 배터리를 뜯어보거나 물에 담그거나 열에 노출시키지 않도록 주의해야 합니다.

 

  배터리 수명을 연장하기 위해서는 규정된 온도 범위에서 사용하고, 규정된 충전 횟수를 넘지 않도록 충전 주기를 조절하는 것이 중요합니다.

 

적절한 충전기를 사용하는 것도 중요합니다. 배터리용 충전기를 사용하지 않으면 배터리 용량이 감소하거나 과충전으로 인해 화재가 발생할 수 있습니다.

 

  최대 충전 용량을 넘지 않도록 충전을 멈추는 것도 중요합니다. 이를 위해 많은 리튬이온 배터리에는 충전 시 자동으로 멈추는 기능이 탑재되어 있습니다.

 

  배터리를 사용하지 않을 때는 충전 상태를 50% 정도로 유지하는 것이 좋습니다. 배터리가 완전히 방전되거나 과충전될 경우에는 배터리 용량이 감소할 수 있습니다.

 

  리튬이온 배터리는 환경에 유해한 물질을 포함하고 있으므로, 적절한 폐기 방법을 준수해야 합니다. 배터리를 쓰지 않는 경우에는 배터리를 분리해 보관하는 것이 좋습니다.

 

이러한 점들을 유념하면서 적절하게 사용하면 리튬이온 배터리는 안전하고 효율적으로 사용할 수 있습니다.

 

 

5. 리튬이온 배터리의 최신동향

  리튬이온 배터리는 지속적인 연구 개발과 기술 발전이 이루어지며, 최신 동향은 다음과 같습니다.

  고용량화: 리튬이온 배터리의 용량이 높아지고 있습니다. 이는 더 많은 에너지를 저장하고 전하를 공급할 수 있게 되어 이동식 전자 제품이나 전기 자동차 등의 성능을 향상시키고, 배터리 수명을 연장하는 효과가 있습니다.

 

  안전성 강화: 리튬이온 배터리의 안전성을 높이기 위한 기술 개발이 이루어지고 있습니다. 예를 들어, 전기 자동차에서 발생할 수 있는 화재 등의 위험을 줄이기 위해 고온에서도 안전하게 작동할 수 있는 내화학성 재료의 개발이 진행되고 있습니다.

 

  신뢰성 개선: 리튬이온 배터리의 신뢰성을 높이기 위한 기술 개발도 진행 중입니다. 예를 들어, 배터리 내부의 상태를 모니터링하고 예측하는 기술이 개발되어, 배터리의 이상 상태를 빠르게 감지하고 대처할 수 있게 되었습니다.

 

  빠른 충전 기술: 리튬이온 배터리의 충전 시간을 단축시키기 위한 기술 개발도 진행 중입니다. 예를 들어, 빠른 충전을 지원하는 충전 장치의 개발이 이루어져, 단시간 내에 배터리를 충전할 수 있는 기술이 등장하고 있습니다.

 

  친환경성 강화: 리튬이온 배터리의 친환경성을 높이기 위한 기술 개발도 진행 중입니다. 예를 들어, 재활용이 가능한 소재의 사용이 늘어나고 있으며, 배터리 생산 과정에서 발생하는 환경 오염을 최소화하기 위한 기술도 개발되고 있습니다.