리튬메탈

리튬메탈(Li-Metal)은 차세대 2차전지 소재로 주목받고 있는 금속이다. 리튬이온 배터리보다 이론상 에너지 용량이 10배 이상 큰 리튬메탈은 배터리의 음극재로 사용되며 리튬메탈을 국내최초 생산한 국내 스타트업은 니바(대표 백창근)이다. 리튬메탈은 순수 실리콘보다 용량이 조금 높은 3840wh 정도이다.

리튬(Li)은 가장 가벼운 알칼리 금속으로 원소 중 전자에너지가 가장 높다. 전자기기 핵심소재로도 다양하게 쓰이며, 폭발을 일으키는 특유의 활발한 반응성만 잘 다스리면 용량이 크고 안정한 충전 배터리 전극소재로 유망하다.

국내서 쓰는 리튬메탈은 해외수입에 의존하며, 특히 메탈을 얇게 썬 포박형 리튬호일은 일본의 '화이트리스트' 전략 수출품목이기도 하다. 리튬메탈이 국내생산이 안된 이유는 대기업이 하기에는 소요시장이 작고, 중소기업이 만들기에는 기술이 까다롭다. 리튬메탈 배터리가 주목받기 시작한 건 불과 4년 전, 4년 전이면 드론이 인기 반열에 오른 때다.

드론을 멀리 보내려면 그만큼 배터리 용량은 크고 가벼워야 좋다. 기존 흑연음극 리튬 배터리로는 20분 비행이 고작이다. 미국은 고용량인 리튬메탈 배터리로 드론을 날린다. 한편 유럽은 전기버스에 리튬메탈을 쓴다. 전기버스의 대용량 배터리 부위 높은 온도가 리튬메탈 배터리 성능을 좋게 만드는 효과와 맞아 떨어졌다.

개요

리튬은 자연에서 찾을 수 있는 가장 가벼운 금속으로 주기율표에서 원자번호 3번이다. 리튬은 전기차 배터리, 특히 전기차의 휴대용 에너지원으로서 가장 완벽한 물질이다.

일반적인 파우치형 배터리는 양극, 음극, 분리막이 보통 30~40장씩 쌓여 있다. 일반적인 리튬이온 배터리의 경우, 음극은 주로 흑연 또는 실리콘의 한 종류이며 양극은 하이니켈인 NCM(니켈·코발트·망간), NCMA(니켈·코발트·망간·알루미늄) 또는 인산철(FePo4)이다. 그리고 폴리머 분리막이 있다. 전지 전체는 유동적인 가연성 액체 전해질로 가득 채워져 있어, 그리 안전하지 않으며 에너지 밀도가 낮다. 하지만 리튬이온 배터리는 뛰어난 제조가능성(양산성)이라는 장점이 있다. 실제로 오늘날 전 세계적으로 시간 당 수백 기가와트(GWh)의 리튬이온 배터리가 생산되고 있다.

전고체 리튬메탈 배터리는 흑연 음극을 리튬메탈 음극으로 교체해 에너지 밀도가 확실히 더 높지만, 전고체 분리막과 양극은 제조 공정이 매우 까다로워 다층 셀 개발과 같은 아주 기본적인 것조차 만들어내기 어렵다.

같이 보기

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