고체전지

고체전지(固态电池)는 현재 일반적으로 사용되는 리튬이온 배터리와 리튬이온 폴리머 배터리와는 달리 고체 전극과 고체 전해질을 사용하는 배터리이다. 과학계는 리튬이온 배터리가 이미 한계에 도달했다고 보고 있기 때문에, 고체전지와 그래핀 배터리는 최근 리튬이온 배터리를 계승할 수 있는 배터리로 여겨지고 있다. 고체 리튬 배터리 기술은 리튬·나트륨으로 만든 유리화합물을 전도물질로 사용하며 기존 리튬배터리의 전해액을 대체하고 리튬배터리의 에너지 밀도를 크게 향상시킨다.

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역사

배터리(고체전지로 확대)는 무선전기장치(lid ionic devic)로 간주되었다. 고체이온학은 고체 전해질 황화은과 플루오르화납(Lead fluoride)을 발견한 과학자 마이클 패러데이 (Michael Faraday)에서 기원한다

고체전지의 발전은 1950년대에 이미 시작되었다. 하지만 1세대 고체전지는 에너지 밀도와 배터리팩 전압이 낮고 내부 저항이 매우 높았다.

1990년대 미국 오크리지 국립연구소는 차세대 고체 전해질을 개발했다. 이 새로운 고체 전해질들은 이후 어떤 박막 리튬 배터리에 사용되었다.

2013년 미국 콜로라도대학교 포드 캠퍼스의 과학자들은 철과 황을 기반으로 한 합성 음극 고체 리튬배터리를 개발했다.

종류

• 반고체 상태(Half solid) : 액체전해질이 10% 이하
• 준고체 상태(Nearly solid) : 액체전해질이 5% 이하, 2020년
• 전고체 상태(All Solid) : 어떠한 액체전해질이 없음. 2025년 상용화

산업화

• 2020년까지 하이니켈 양극 + 준고체 상태 전해질 + 실리콘/탄소 음극으로 300Wh/Kg 실현
• 2025년 전 리튬 양극+ 전고체 전해질+ 실리콘/탄소, 리튬메탈 음극 배터리로 400Wh/Kg 실현
• 2030년 전 연료/리튬황/공기배터리로 500Wh/Kg 실현

니오의 고체전지

니오의 전기 세단 ET7

니오는 2020년 1월 CATL 등과 8억 위안을 투자해 합작회사를 설립해 1회 충전 1,000km를 주행할 수 있는 전고체 배터리를 개발했다고 발표했다. 니오는 360Wh/kg의 초 고에너지 밀도를 달성한 전고체 배터리를 2022년 4분기 출시할 것이라고 밝혔다. 150kWh 팩으로 출시될 것이며 기존 모델에 대해 교체 및 업그레이드가 가능하다고 덧붙였다. 이를 통해 니오의 모델 ES8의 경우 850km를 주행할 수 있으며 새로 선보일 ET7은 1,000km를(NEDC기준)을 커버할 수 있다고 주장했다. 다만 2022 년 1 분기에는 70kWh 및 100kWh 팩으로 만 제공된다고 한다. 이 새로운 배터리는 Nickel-Ultrarich Cathode 및 Si / C 복합 양극을 포함한 여러 기술을 결합한다고 밝혔다. 니오는 전해질 재료가 액체가 아닌 액체를 일부 섞거나 반고체 겔 상태의 재료를 사용한다. 니오의 전고체 배터리 공급사로는 솔리드 스테이트 라이언이 거론된다. 솔리드 스테이트 라이언은 20년 넘게 전고체 배터리를 연구해 온 중국 과학원 소속 첸 리퀴안 교수가 2016년 세운 회사다. 전고체 배터리 제조와 관련 17개의 특허를 보유하고 있다.

참고자료

• 〈固态电池〉, 《维基百科》
• 规划战略与信息中心, 〈固态电池全面分析：2020准固态，2025全固态〉, 《中国科学院青岛生物能源与过程研究所》, 2018-09-10
• 글로벌오토뉴스, 〈전고체 배터리 개발에 속도가 붙고 있다〉, 《다나와 자동차》, 2021-03-02
• 오소영 기자, 〈니오, NCM811 이어 전고체 배터리 탑재…솔리드스테이트라이언 협력〉, 《더그루》, 2021-01-17

같이 보기

• 전고체 배터리
• 리튬 폴리머 배터리

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