사물배터리

배터리 이미지

사물배터리(BOT: Battery of Things)는 '에너지 혁명 2030'의 저자인 미국 스탠퍼드대 토니 세바 교수가 "모든 사물이 배터리로 구동하는 시대가 온다"고 말하면서 사물배터리라는 용어가 퍼지기 시작했다. 사물인터넷이 인터넷을 통해 다양한 기기들이 연결되는 것처럼 사물배터리는 배터리가 에너지원이 되어 여러 기기들을 연결한다는 개념으로 사물인터넷(IOT: Internet of Things) 시대는 필연적으로 사물배터리(BOT: Battery of Things) 시대를 동반하게된다.

개요

'4차 산업혁명'이 미래예측의 화두로 떠오르고 있으며 미래를 예측하는 것은 언제,누구에게나 중요하다. '에너지 혁명 2030'의 저자인 토니 세바 미국 스탠퍼드대 교수가 2015년에 언급해 이목을 끈 개념으로 세바 교수는 삼성SDI의 천안사업장을 방문해 ‘배터리는 어디에나 있다’라는 것으로 BoT의 개념을 설명했다. 4차 산업혁명의 필수기술은 바로 배터리이고 배터리 기술의 중심이자 차세대 배터리 산업을 선도하고 있는 삼성 SDI에서 사물배터리를 연구하고 있다.

특징

사물배터리 시대는 말 그대로 일상 생활 곳곳에 배터리가 사용된 환경을 말한다. 특히 스마트폰, 태블릿PC, 각종 웨어러블 기기와 같은 IT제품이 사물배터리 시대를 열었고, 여기에 더해 최근에는 non-IT기기인 전동공구, 전기자전거 등에도 배터리가 사용되고 있다. 매년 성장을 거듭하는 ESS(에너지저장장치)와 전기자동차 시장에서도 배터리는 필수품이다. 배터리를 통해 소비자들은 선이 없는 ‘무선’의 자유를 여러 IT기기 뿐만 아니라 생활가전에서도 누릴 수 있게 되었다. 배터리를 통해 내연기관이 없는 전기자동차 이용이 가능해졌으며 전기자동차는 환경오염을 줄이는데 일조를 하고 있다. 이렇듯,배터리를 통해 사람들은 생활 모습과 문화에서도 변화를 느낄 수 있게 되었다. 최근에는 태양광 연계형 ESS등도 많이 등장해 신재생에너지의 저장공간으로도 배터리가 사용되고 있다. 인류에게 사회적,경제적으로 발전을 가져다 주는 4차 산업혁명은 인공지능, 사물인터넷, 빅데이터, 모바일, 로봇 등 첨단 정보통신기술을 이용해 사람, 사물, 공간이 모두 상호 연결을 가능하게 할 것이고, 이를통해 혁신이 일어날 것이다. 인류는 자연의 노동력에서 석탄에너지,전기에너지에 이르기까지 에너지원을 사용하는 방향으로 끊임없이 발전해왔으며 전력망의 보급으로 먼 거리까지도 에너지를 보낼 수 있게되었다. 산업혁명의 단계를 살펴보면 그 변천에 따라 에너지의 변화가 있었다. 웨어러블 디바이스, 로봇, 드론 등이 우리 삶에 도움이 될 만큼 충분히 움직일 수 있으려면 플러그 없이 오랜 시간 에너지를 공급받아야 한다. 시공간의 제약을 극복한 초연결 사회의 현실화는 고용량, 고효율 배터리 기술이 좌우할 것이다. 사물배터리를 통해, 모든것의 상호연결과 에너지를 지속적으로 공급받아야 하거나 소진 시 바로 보충해야 하는 시공간적 제약을 극복할 수 있을 것이다. 배터리를 쓰는 기기의 범위가 넓어지면서 세계 배터리 시장 규모는 급속히 커지고 있다. 현재 리튬이온배터리의 시장 규모는 400억 달러(약 44조 원)가 넘고, 2020년에는 1,000억 달러가 넘을 것으로 전망된다.

과제

• 배터리 사용시간 늘리기

모바일 데이터 트래픽 증가, IT기기의 고사양화 등으로 인해 배터리 용량 부족에 대한 소비자들의 불만은 계속 이어질 것이다. 실제로 소비자 조사 결과, IT기기 사용의 불만 사항 첫 번째가 배터리의 사용시간이었다. 배터리 사용시간을 늘리기 위해서는 에너지밀도를 향상시켜야 한다. 에너지밀도는 체적이용률 극대화와 소재개발을 통해 향상시킬 수 있다. 체적이용률이란 제품에 사용되는 배터리 상태인 팩에서 실제로 에너지를 발생시키는 셀이 차지하는 비율을 뜻하는 것으로, 체적이용률이 높을수록 같은 사이즈의 제품에서 더 많은 에너지를 낼 수 있게 된다. 에너지와 직접적인 관계가 없는 캔이나 파우치, 보호회로 등을 얇고 작게 만들어 체적이용률을 높이고, 양극, 음극, 전해액 소재를 개발해 에너지밀도를 높여야 한다.

• 배터리 디자인

웨어러블 기기처럼 배터리 자체가 패션 아이템이 될 수도 있고 다양한 소비자들의 선호를 충족시키기 위해 다채롭고 새로운 디자인을 만들어 소비자에게 선택의 폭을 넓혀줄 수 있다. 드론, 로봇,전기 자동차 등 새롭게 등장할 기기들이 자유로운 디자인을 가지려면 배터리의 디자인 적용능력이 요구 될 것이다. 초슬림, 초경량, 투명 등 다양한 제품 디자인에 적욜될 수 있는 배터리를 개발해야 한다.

• 안전

사물배터리 시대를 위해서 배터리의 안정성이 무엇보다 중요하다. 리튬이온 배터리 활용이 늘어나면서 배터리 폭발사고 가능성에 대한 불안감을 없애기 위한 연구가 필요하다. 폭발을 근본적으로 막기 위해 충격에 강하고 과열을 방지하는 안전기술을 개발해야 한다. 사물배터리 시대에서 배터리 제조사들이 가장 신경쓰는 부분은 에너지밀도를 높이면서 안정성을 확보하는 것이다. 일정한 공간에 최대한 많은 에너지를 넣어 오래 쓸 수 있는 안전한 배터리를 제작해야 한다.

전망

일정한 공간에 최대한 많은 에너지를 넣어 오래 쓸 수 있는 안전한 배터리를 제작하여 상호연결하는 것이 사물배터리의 핵심 과제이다. 삼성SDI는 디트로이트 모터쇼애서 한번 충전에 600km를 주행할 수 있는 전기차용 배터리를 소개하였다. 삼성SDI는 비IT 제품에서도 BoT 사업 역량을 강화하고 있으며, 보다 큰 대형 어플리케이션에 적용 가능한 새로운 규격 '21700' 원통형 배터리 개발을 시작으로 다양한 고성능 원통형 배터리를 내놓겠다는 계획이다. LG화학도 주행거리 500km이상의 전기차 배터리 수주에 성공하는 등 에너지 밀도가 높은 전기차용 배터리 제작에 박차를 가하고 있다. 여기에 더해 현재 많이 알려지지 않았지만 리튬이온배터리의 액체 전해질을 고체 전해질로 바꿔 제작하는 일명 ‘전고체 배터리’관련 연구도 진행되고 있다.

참고자료

• 코카서스 ,〈사물배터리(Battery of Things)〉, 《네이버 블로그》, 2019-02-11
• 김동규 기자, 〈사물배터리(BoT)시대...들어본적 있나요?〉, 《이코노믹리뷰》, 2018-12-25
• 삼성 SDI 홈페이지 https://www.samsungsdi.co.kr/column/technology/detail/55161.html?listType=gallery
• 정민주 기자, 〈삼성SDI, 사물배터리(BoT) 시대 선도〉, 《이비뉴스》, 2019-05-27
• SDI story 홈페이지 http://www.sdistory.net/mwc-2015-bot/