자동차 배터리 (1) - 리튬 이온 배터리란 무엇일까?

시장에서는 다양한 전기차 모델이 등장하고 있으며, 자동차 제조회사들도 내연기관 자동차의 생산 비중을 줄이고 전기차 생산 확대에 주력하고 있습니다.

치솟는 기름값과 넓은 공간감 및 정숙한 승차감으로 인하여 전기차의 인기는 점점 더 높아지고 있습니다.

(추가로, 국내의 전기차 보조금 정책)

다만, 장점에 비해 큰 단점이 있습니다.

바로, 전기차 배터리 화재라는 부분입니다.

저 또한, 전기차 및 PHEV 자동차 구매를 고려하다가 가솔린 차량 구매로 생각을 바꿨습니다.

내연기관 차량도 동일하게 위험성이 있다고 할 수 있지만, 내연기관의 오랜 역사에 비해 전기차(배터리)는 역사도 상대적으로 길지 않고 연구 개발할 범위가 아직 많다고 생각하였습니다.

전기차의 중심인 리튬 이온 배터리에 대해 알아보도록 하겠습니다.

. 화학 리튬 이온을 이용하는 이차 전지

. 무게가 가볍고 고용량의 전지를 만드는 데 유리

. 니젤 카드뮴 및 니켈 수소 배터리에 비해 에너지 밀도가 높음

. 리튬 이온이 양극재와 음극재 사이를 이동하는 화학적 반응을 통해 전기를 만들어냄.

. 리튬이온 [양극 → 음극] 이동 시, 배터리 충전

. 리튬이온 [음극 → 양극] 이동 시, 에너지 방출 및 방전

. 양극과 음극 사이에서 리튬 이온의 이동통로 역할 = 전해질

. 전해질과 양극과 음극이 서로 닿지 않게 해주는 역할 = 분리막

(1) 양극재 : 리튬 이온 배터리에서 리튬이 들어가는 공간

→ 배터리 성능에서 중요한 '용량'과 '전압' 과 관련된 소재

→ 리튬 비중이 높을수록 배터리 용량 커짐

(2) 음극재 : 양극에서 나온 리튬 이온을 저장 및 방출하여 외부 회로를 통해 전류가 흐르게 함.

→ 저장 및 방출하는 과정이 반복될수록 이온의 양이 줄어들고, 배터리 수명이 줄어듦

(3) 전해질 : 배터리 내부의 양극과 음극 사이에서 리튬 이온이 원활하게 이동하도록 돕는 매개체

→ 전도도가 높은 물질 / 전기화학적 안정성 및 발화점이 높아야 함.

(4) 분리막 : 양극과 음극의 물리적 접촉을 차단하는 역할

→ 양극 및 음극과의 접촉은 막고 이온의 이동은 가능하게 함.

→ 높은 전기절연성 및 열안정성이 요구, 일정 이상의 온도에서 자동으로 이온 이동을 막는 기능.

리튬이온 배터리는 '셀' → '모듈' → '팩' 단위로 구성이 됩니다.

(1) 여러 개의 배터리 '셀' → '모듈'

(2) 여러개의 '모듈' → '팩'

(3) 배터리가 하나의 팩 형태로 장착

전기차의 '주행 가능 거리'의 핵심은 같은 부피에 더 많은 에너지를 넣을 수 있는 '고 에너지 밀도' 배터리 셀을 개발하는 것입니다.

요즘에는 1개의 모듈에 더 많은 셀을 담을 수 있도록 개선을 하고, 하나의 팩에 들어가는 모듈 수가 줄어 무게를 줄이고 남는 공간을 다르게 활용할 수 있도록 하는 기술을 개발 중입니다.

지금까지 리튬 이온 배터리에 대해 간략하게 알아보았습니다.

제 티스토리에 오시는 분들을 위하여 배터리 관련하여 어려운 부분의 내용은 생략하고, 제 눈높이에 맞추어 이해하기 쉽도록 글을 써보았습니다.

요즘, 배터리 화재 문제가 큰 화두로 다루어지고 있는데, 다음 글에서는 리튬이온 배터리의 장점과 단점을 알아보겠습니다.

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