출력 (전기)

출력(出力)은 배터리에서 1초 동안 꺼낼 수 있는 전기의 양이다. 배터리 전압이 높을수록 전류의 크기가 세져 배터리의 출력이 높아진다. 배터리의 출력이 높아지면 짧은 시간 내에 강한 힘을 발휘할 수 있다. 이처럼 전압을 높여 출력을 향상시킨 고출력 배터리는 무선청소기나 전동공구, 정원공구 등에서 활용되고 있다. 또 전기자동차 시장에서도 고전압, 고출력 배터리의 역할이 중요한 바 삼성SDI에서는 단위 부피당 에너지밀도를 높인 고전압 배터리를 개발하여 전기자동차 주행거리를 높이고 있다.

전기차 배터리 원가의 40%를 차지하는 양극재는 배터리 출력에 가장 큰 영향을 미치는 핵심 소재다. 꿈의 배터리로 불리는 전고체 배터리는 고체 형태이다 보니 액체 전해질에 비해 이온 전도도가 낮아 출력이 낮고 수명이 짧다. 이에 따라 세계 산업계는 최대한 이온 전도도를 높일 수 있는 전고체 재료 찾기에 나섰다. 유력한 재료로 꼽히는 것이 폴리머, 옥사이드, 인산염, 황화물 등 네 가지다. 다만 각각 그 특성에 따른 장단점이 명확하다. NCMA는 기존 하이니켈 NCM에 알루미늄을 포함시켜 출력 성능을 높였다.

배터리 출력 Power, W(출력) = A(전류) × V(전압)'

개요

일반적으로 배터리의 특성을 말할 때 가장 중요하게 생각되는 것은 주로 용량과 출력인데, 이는 배터리의 구성 요소 중 양극 성분에 따라 갈린다. 즉 리튬(Li)과 산소 및 금속물질이 조합된 양극활물질의 종류에 따라 배터리의 용량과 전압이 결정된다. 이 때 사용되는 금속물질의 종류와 비율에 따라 배터리 제품의 특징이 결정되기 때문에 전기차가 요구하는 다양한 스펙을 만족시키기 위해서는 해당 소재들의 적절한 조합 능력을 확보하는 것이 무엇보다 중요하다.

배터리업계의 설명에 따르면 해당 양극활물질 속 금속물질 중 니켈(Ni)은 고용량, 망간(Mn) 및 코발트(Co)는 안전성, 알루미늄(Al)은 출력 특성을 향상시키는 역할을 한다.

현재 전 세계에서 생산되는 대부분의 전기차 배터리는 NCM, NCA, LMO 양극 소재를 적절히 혼합해 사용하고 있다. 중국 전기차업체가 주로 채택하는 LFP(리튬인산철)의 경우 안전성이 높지만 에너지 밀도가 낮아 부피가 크고 출력이 낮은 단점이 있어 중국을 제외하고는 거의 사용하고 있지 않다.

NCA는 NCM·LMO 등 타 소재에 비해 출력과 에너지밀도가 높은 특성을 가지고 있어 소형전지 시장에서 주로 전동공구에 사용된다. 삼성SDI는 NCA 소재를 기반으로 하는 전동공구용 소형배터리 시장에서 글로벌 점유율 50% 이상을 유지하고 있다.

전압과 배터리 성능의 관계

참고자료

• 전혜인 기자, 〈삼성SDI, 전기차 배터리 출력 향상 'NCA' 양극재 개발 박차〉, 《프라임경제》, 2018-02-08
• 〈전고체 전지〉, 《한경 경제용어사전》
• 삼성SDI, 〈v : 배터리 출력을 결정하는 Voltage(전압)〉, 《네이버 블로그》, 2019-01-11

같이 보기

• 배터리
• 용량
• 에너지 밀도
• 알루미늄

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