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2025-08-20 (수)

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효율성 높은 리튬 배터리, 문제점은 무엇?

알카라인, 니켈수소, 리튬 등 여러 종류의 배터리가 시장에 나와 있지만, 리튬이온 배터리가 가장 인기 있고 널리 사용되는 것으로 알려져 있다. 리튬 배터리는 고에너지 밀도와 오래 지속되는 수명 때문에 휴대용 장치에 주로 선호되지만, 최근에는 높은 생산 비용과 화재 위험 등이 문제점으로 부각되고 있다. IT 전문 매체 슬래시기어(Slash Gear)는 영국 패러데이 연구소(Faraday Institution) 비아트리체 브라우닝(Beatrice Browning) 박사를 인용, 리튬이온 배터리의 경우 리튬 이온이 전극 안팎으로 순환할 때 발생하는 전극 구조가 손상되면 배터리 수명이 단축될 수 있다고 보도했다. 또한 영국 왕립화학회(Royal Society of Chemistry)의 연구에 따르면, 온도와 충전상태(SoC), 부하 프로필 등의 외부 스트레스 요인이 배터리 성능 저하에 영향을 미쳤으며 시간이 지남에 따라 용량이 감소하는 모습을 보였다. 뉴어크 일렉트로닉스(Newark Electronics)는 배터리를 사용하지 않아도 지속적인 방전으로 인해 노화될 수 있음을 확인했다. 또 제조 결함과 같은 여러 제어 불가능한 이유로 치명적인 결과를 초래할 수도 있다고 지적했다. 배터리는 과충전 혹은 부적절한 전압 사용으로 문제가 발생할 수 있으며, 이러한 문제는 잠재적으로 위험을 수반한다. 실제로 2019년 뉴저지와 2021년 캘리포니아에서는 애플 배터리의 부풀림 이슈 때문에 집단소송이 제기됐다. 물론, 애플 외에도 리튬이온 배터리를 사용하는 많은 다른 전자 제품 회사들이 같은 문제를 겪고 있다. 에너지 효율성과 가벼운 특성으로 오늘날 많은 자동차 제조업체에서 선택하고 있는 리튬이온 배터리는 여전히 화재의 위험이 있다. 미국 환경보호국(Environmental Protection Agency)에 따르면 2013년부터 2020년까지 미국의 64개 지자체 폐기물 시설에서 240건 이상의 리튬이온 배터리 화재가 발생했다. 특히, 2016년에는 삼성이 설계 결함으로 갤럭시 노트7 라인 생산을 영구 중단하는 등 미국 내 190만 대의 갤럭시 노트7을 리콜했다. 더 큰 문제는 리튬 배터리를 처분하는 방법에 여전히 제한이 있다는 점이다. 이러한 배터리는 화재 위험이 있어 운송 과정에서부터 실제 폐기물 처리 장소에 도착해서도 문제를 일으킬 수 있다. 미국 환경보호국은 리튬이온 배터리 단자를 테이프로 감싸고 플라스틱 봉지에 보관하는 것을 권장하고 있다. 슬래시기어는 "리튬을 재활용하는 새로운 방법이 발견되었지만, 가정용 배터리 제품을 적절히 처분하는 것은 많은 노력이 필요하다”며 “모든 사람이 인증된 전자 제품 재활용업자에 가는 시간과 여력이 있지는 않다"고 지적했다. 또한, 비싼 생산 비용도 걸림돌이다. 미국환경보호국에 따르면, 2021년 기준 리튬 배터리의 가격은 1kWh 당 약 132달러(약 17만5810원) 정도로 다른 배터리에 비해 높다. 리튬이온 배터리는 여전히 많은 종류의 전자 제품에서 최고의 선택이지만, 미래에는 보다 더 효율적인 배터리 구성 요소가 필요하다. 이에 업계에서는 리튬 기반 배터리보다 빠르게 충전되는 알루미늄 이온 배터리와 같은 새로운 배터리 기술을 개발하고 있다.
- IT/바이오
2023-09-13 08:33:00
스위스 연구지원회사(BTRY), 전고체 배터리 시장 진출

스위스 연방재료 과학기술연구소(EMPA)가 혁신적인 배터리 기술로 전고체 배터리 시장에 진출한다. 금속산업 및 광업 전문 매체인 '마이닝(MINING)'에 따르면, EMPA는 전고체 배터리 시장 진입을 목표로 새 회사 'BTRY'를 설립할 예정이다. 이 매체에 따르면, '전고체 배터리(solid state battery)'는 기존 리튬 이온 배터리와 달리 1분 이내의 빠른 충전과 방전이 가능하고 수명이 10배 이상 지속된다. 게다가 온도 변화에도 안정적인 성능을 보인다. 또한 전고체 배터리는 인화성이 없어 안전하다. 기존의 리튬 이온 셀은 부주의하게 취급하거나 손상될 경우 유독한 가스가 방출되거나, 진화가 어려운 위력적인 화재가 발생하기도 했다. 전고체 배터리의 한 예로 박막 배터리(Thin Film battery)가 있다. 이는 반도체 공정기술인 진공증착 방식을 사용해 얇은 기판 위에 양극재, 고체 전해질, 음극재를 순차적으로 적층하여 제작하는 2차 전지를 지칭한다. 고비용으로 대량 생산 난항 박막 배터리는 두께가 단지 0.15mm로, 종이처럼 휘어지는 특성을 가지고 있다. 기존 전지에 비해 고온에서의 안정성이 우수하며, 수명도 매우 길다. 그러나 단위 부피당 충전 용량은 리튬 이온 배터리보다 낮고, 제조 비용은 3배 이상 더 비싸기 때문에 대량 생산에 어려움이 있다. 마이닝에 따르면 BTRY의 책임 연구원인 압데살렘 아리비아(Abdessalem Aribia)와 모리츠 푸셔(Moritz Futscher)가 개발한 이 새로운 배터리는 에너지 저장 용량을 늘리는데 성공했다. 푸셔 연구원은 "박막 배터리 제조 시 사용되는 박막셀의 생산 방법은 현재 반도체 칩과 유리 코팅 제작 기술을 활용하므로, 새로 개발한 박막 배터리의 제조에 큰 어려움이 없을 것"이라고 설명했다. 박막 배터리 저장 용량 향상 박막 배터리는 고정밀 제조 방식을 사용을 하는데 독성 용매가 필요하지 않은 환경 친화적인 장점을 가지고 있으나 아직까지 대량 생산 하기엔 원가 대비 효율성이 낮은 부분이 있다. 이에 아리비아 연구원은 "스마트폰이나 스마트워치처럼 배터리 전체를 구동하는 것이 아니라 일부만을 담당하는 제품에 적합하다"고 밝혔다. BTRY사의 연구원들은 박막 배터리의 에너지 저장 용량 향상을 기반으로 원가 대비 효율성을 개선해 대량 상용화를 목표로 연구에 더욱 매진할 계획이다.
- 산업
2023-09-12 11:25:00
美 미시간 주립대, 생분해성 플라스틱 대체재 개발

미국 미시간 주립대학교의 연구원들이 퇴비화하기 쉬운 새로운 생분해성 플라스틱 대체재를 개발했다. USA투데이에 따르면 이 대학 포장학부 연구팀은 8월 초 동료 심사를 거친 ACS 출판 저널에 가정과 산업 환경 모두에서 퇴비화가 가능한 바이오 기반 폴리머 블렌드를 개발했다고 게재했다. 이 연구팀은 10년 넘게 포장재에 사용되어 온 폴리락트산(PLA)을 연구했다. PLA는 석유 대신 식물성 당분을 사용하여 물, 이산화탄소, 젖산으로 분해된다. 고온의 산업용 퇴비기에서 분해 가능 하지만 PLA는 고온의 산업용 퇴비기에서만 분해될 수 있으며, 가정용 퇴비기에서는 분해되지 않는 단점이 있다. 산업용 퇴비기에서도 PLA가 단 시간에 완전히 분해되는 것은 아니다. 연구자들은 산업용 퇴비 환경에서 미생물에 의해 PLA가 분해되기 시작하기까지 최대 20일이 걸릴 수 있다고 말했다. 이 과정을 가속화하기 위해 연구팀은 '열가소성 전분'이라고 불리는 것을 PLA에 혼합했다. 이 탄소 기반 전분은 퇴비 속 미생물이 바이오 플라스틱을 더 쉽게 분해하도록 도와준다. 연구원들은 열가소성 전분을 첨가해도 PLA의 강도, 투명도와 같은 품질이 손상되지 않고 유지된다고 말했다. 또한 이 바이오 플라스틱은 음식물 찌꺼기와 함께 퇴비화할 수 있다. 즉, 일회용 용기나 컵에 담긴 음식이나 음료를 따로 버리지 않아도 함께 분해된다. 이 연구는 퇴비화 가능한 바이오 기반 플라스틱 포장이 가능하다는 것을 보여 주지만, 실제로 적용하기에는 어려움이 있을 것으로 예상된다. 연구팀을 이끈 라파엘 아우라스는 "사실 많은 산업 퇴비화 업체는 여전히 PLA와 같은 바이오 플라스틱을 받아들이는 것을 꺼리고 있다"고 지적했다. 생분해 플라스틱 연구 사례 지난달 워싱턴 대학의 한 연구팀은 '스피룰리나'라고도 알려진 청록색 남조류 세포로 가정용 퇴비통에서 바나나 껍질이 분해되는 것과 같은 시간 안에 분해되는 바이오 플라스틱을 만들었다고 발표했다. 그보다 앞서 2021년 캘리포니아 버클리 대학교는 연구진이 생분해성 플라스틱을 더 빨리 분해할 수 있는 방법을 발명했다고 밝혔다. 연구진은 퇴비화 과정에서 발생하는 열과 물 등의 조건에서 플라스틱이 분해되는 데 도움이 되는 폴리에스테르를 먹는 효소를 바이오 플라스틱 자체에 삽입했다. 그렇지만 이같은 연구 결과가 우리가 쓰레기를 함부로 버려도 괜찮다는 것을 의미하는 것은 아니다. 연구팀은 퇴비화할 수 있는 플라스틱은 어떤 조건에서도 무조건 생분해된다는 것은 일반적인 오해라며 우려했다. 아우라스는 "우리가 생분해성 물질을 개발했기 때문에 사람들이 쓰레기를 함부로 버릴 수 있다고 생각하면 문제가 더 악화될 것"이라고 말했다. 그러면서 아우라스는 "생분해성 바이오 플라스틱은 빨대나 물병과 같은 일회용 플라스틱으로 인한 폐기물을 줄일 수 있다"면서 이번 연구가 플라스틱 폐기물을 줄이기 위한 전 세계적인 노력에 기여할 수 있기를 희망한다고 말했다.
- 생활경제
2023-08-27 14:44:00

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