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사물배터리
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사물배터리(BoT; Battery of Things)는 배터리가 에너지원이 되어 여러 기기들을 연결하는 것을 말한다. 인터넷을 통해 여러 기기들을 연결하는 것을 사물인터넷(IoT)이라고 부르듯이, 배터리 중심으로 세상의 사물들을 연결하는 것을 사물배터리라고 부른다.
개요
4차 산업혁명이 미래산업의 화두로 떠오르고 있으며, 어느새 생활 속 깊숙이 자리 잡은지 오래다. 현대인이 일상적으로 가지고 다니는 배터리는 한 개에서 많게는 수십 개에 이른다. 스마트폰, 노트북, 스마트워치, 전기자동차 등 본격적인 사물인터넷(IoT) 시대를 맞아 소형화된 사물인터넷 제품의 혁신은 배터리 기술에 달려 있다는 말도 나오고 있다. 사람과 사물, 공간을 상호 연결하는 초연결 시대에는 전자기기들이 상시 켜져 있어야 하기 때문에 배터리가 그 중심이 된다. 사물인터넷이 인터넷을 통해 다양한 기기들을 연결하는 것처럼, 사물배터리는 배터리가 에너지원이 되어 여러 기기들을 연결한다는 의미이다. 사물인터넷은 필연적으로 사물배터리 시대를 동반한다. 《에너지 혁명 2030》의 저자인 미국 스탠퍼드 대학교 토니 세바(Tony Seba) 교수가 "모든 사물이 배터리로 구동하는 시대가 온다"고 말하면서 사물배터리라는 용어가 퍼지기 시작했다.
충전해서 사용하는 2차전지의 초기 등장 시기에는 니켈-카드뮴, 납축전지와 같은 배터리가 많이 사용되었는데, 전지는 납, 수은과 같은 환경에 악영향을 끼치는 물질이 포함되어 있었으며, 부피도 크고 무게도 무거웠다. 이후 등장한 리튬이온 배터리는 초기 2차전지와 비교했을 때, 작은 크기와 가벼운 무게로 경쟁력을 갖게 되었다. 소형 리튬이온 배터리는 외관 특징에 따라 원통형, 각형, 파우치형으로 구분된다. 원통형 배터리는 90년대 초, 일본에서 먼저 상용화되었다. 당시에는 1차전지(1회만 사용 가능한 전지)와 호환성을 유지하기 위해 1차전지의 규격을 따랐다. 소형 배터리는 노트북의 슬림화, 스마트폰의 고성장, 태블릿PC의 등장으로 형태별 위상에 변화가 발생하게 되었지만, 이후 무선 전동공구 시장의 성장, 전기자동차와 같이 대형 배터리가 들어가야 하는 제품의 등장으로 원통형 소형 배터리는 다시 성장의 기회를 맞이했다. 전동 킥보드, 전기 스쿠터, 전기 자전거 등 근거리 주행이 가능한 소형 이동수단인 마이크로 모빌리티에서도 소형 원통형 배터리가 필수로 탑재된다. 여기에 더해 코드 없는 전동공구, 정원공구, 무선 청소기와 같은 '코드리스 제품'들도 수요가 늘어나고 있다.
특징
사물배터리 시대는 말 그대로 일상 생활 곳곳에 배터리가 사용된 환경을 말한다. 특히 스마트폰, 태블릿PC, 각종 웨어러블 기기와 같은 IT 제품이 사물배터리 시대를 열었고, 여기에 더해 최근에는 Non-IT 기기인 전동공구, 전기자전거 등에도 배터리가 사용되고 있다. 매년 성장을 거듭하는 ESS(에너지저장장치)[1]와 전기자동차 시장에서도 배터리는 필수품이다. 배터리를 통해 소비자들은 선이 없는'무선'의 자유를 여러 IT 기기뿐만 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 에너지저장장치(ESS)도 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, 이를 통해 혁신이 일어날 것이다.
인류는 자연의 노동력에서 석탄에너지, 전기에너지에 이르기까지 에너지원을 사용하는 방향으로 끊임없이 발전해왔으며 전력망의 보급으로 먼 거리까지도 에너지를 보낼 수 있게 되었다. 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 리튬이온 배터리의 시장 규모는 400억 달러(약 44조 원)가 넘고, 2020년 이후에는 1,000억 달러가 넘을 것으로 전망되고 있다.
주요 기업
에스엔이리서치(SNE Research)에 따르면 2019년 시장점유율(출하량 기준)은 중국 CATL(씨에이티엘, 닝더시대) 21.9%, 일본 파나소닉(Panasonic) 21.4%, 중국 비야디(BYD) 12.0%, 한국 LG화학 7.6% 및 삼성SDI 3.1% 순 이다. 지난해 상위 3개 업체의 시장점유율은 56%로, 이 가운데 파나소닉이 22.9%를 차지하고 있다. 이들의 지난해 출하량은 전년 대비 모두 100% 넘게 증가했다. LG화학과 삼성SDI를 포함한 상위 5개 업체가 전체 공급량의 66%를 차지하고 있다. 배터리 업계 중·하위권인 삼성SDI와 LG화학, SK이노베이션 등 한국 3사는 최근 GM과 포드(Ford), 폭스바겐(Volkswagen), 비엠더블유(BMW), 다임러(Daimler), 르노(Renault), 재규어(Jaguar), 랜드로버(Land Rover) 등 완성차 그룹의 물량을 고루 확보했다. 이에 따라 2020년 상반기 기준으로 한국 배터리 3사의 시장점유율이 중국과 일본을 누르고 세계 1위로 올라섰다. 특히, LG화학은 중국 CATL을 누르고 세계 1위의 전기자동차 배터리 제조 회사로 성장했다. 앞으로 세계 배터리 시장은 과점체제가 더욱 굳어질 것으로 예상된다. 현재의 배터리 제조 업체가 일정 생산능력에 도달하면 시장 후발주자에 대한 진입장벽이 생기기 때문이다.[2]
문제점 및 과제
- 배터리 사용시간 늘리기
모바일 데이터 트래픽 증가, IT 기기의 고사양화 등으로 인해 배터리 용량 부족에 대한 소비자들의 불만은 계속 이어질 것이다. 실제로 소비자 조사 결과, IT 기기 사용의 불만 사항 첫 번째가 배터리의 사용시간이었다. 배터리 사용시간을 늘리기 위해서는 에너지 밀도를 향상시켜야 한다. 에너지 밀도는 체적이용률 극대화와 소재 개발을 통해 향상시킬 수 있다. 체적이용률이란 제품에 사용되는 배터리 상태인 배터리팩에서 실제로 에너지를 발생시키는 배터리셀이 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 에너지 밀도를 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, 전기자동차 등 새롭게 등장할 기기들이 자유로운 디자인을 가지려면 배터리의 디자인 적용능력이 요구될 것이다. 초슬림, 초경량, 투명 등 다양한 제품 디자인에 적용될 수 있는 배터리를 개발해야 한다.
- 안전성
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 에너지 밀도를 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 모터쇼에서 1회 충전에 600km를 주행할 수 있는 전기차용 배터리를 소개하였다. 삼성SDI는 Non-IT 제품에서도 사물배터리(BoT) 사업 역량을 강화하고 있으며, 보다 큰 대형 어플리케이션에 적용 가능한 새로운 규격 '21700' 원통형 배터리 개발을 시작으로 다양한 고성능 원통형 배터리를 내놓겠다는 계획을 가지고 있다. LG화학도 주행거리 500km 이상의 전기자동차 배터리 수주에 성공하는 등 에너지 밀도가 높은 전기차용 배터리 제작에 박차를 가하고 있다. 여기에 더해 현재 많이 알려지지 않았지만 리튬이온 배터리의 액체 전해질을 고체 전해질로 바꿔 제작하는 일명 전고체 배터리[3] 관련 연구도 진행되고 있다.
각주
- ↑ 〈ESS(에너지저장장치)〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 함승민 기자, 〈배터리 생산 주요기업〉, 《중앙일보》, 2019-04-06
- ↑ 〈전고체 전지〉, 《네이버 지식백과》
참고자료
- 삼성SDI story 공식 홈페이지 - http://www.sdistory.net/mwc-2015-bot/
- 삼성SDI 공식 홈페이지 - https://www.samsungsdi.co.kr/column/technology/detail/55161.html?listType=gallery
- 코카서스, 〈사물배터리(Battery of Things)〉, 《네이버 블로그》, 2019-02-11
- 김동규 기자, 〈사물배터리(BoT)시대...들어본적 있나요?〉, 《이코노믹리뷰》, 2018-12-25
- 정민주 기자, 〈삼성SDI, 사물배터리(BoT) 시대 선도〉, 《이비뉴스》, 2019-05-27
- 함승민 기자, 〈아시아 기업 ‘빅5’만 살아남는다?〉, 《중앙일보》, 2019-04-06
- 김동규 기자, 〈소형 리튬이온 배터리의 역사〉, 《이코노믹리뷰》, 2019-06-02
- 〈전고체 전지〉, 《네이버 지식백과》
- 〈ESS(에너지저장장치)〉, 《네이버 지식백과》
- 이성정, 〈배터리의 역사와 종류〉, 《타고》, 2020-12-01
같이 보기
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