가능성은 충분하지만 여지껏 실현을 못 시키고 있는 리튬전지의 급속충전
제 글의 소스는 거의 미디어의 기사에서 나옵니다. 이번에도 역시 눈에 확 띄는 기사 하나를 찾았지요.
뭐시라고라, 충전하는데 두 시간 걸리던 녀석이 단 몇 분만에 끝내버린다고라?
뭔 소리인가 싶어 헐레벌떡 기사를 열어봤는데, 아니나 다를까 역시 떡밥이었습니다. 100배 빨리 충전할 수 있는 ‘가능성’을 확인했다 (아직 양산의 문제점은 모르겠다) 라는 내용이었습니다.
www.apkdad.com
www.pcworld.com
일단 이론은 이렇습니다.
기존의 2차전지는 전해액의 이온이 이동하면서 전기가 만들어 집니다. 화학법칙에 의해 이온이 스스로 이동하는데 덕분에 전해액의 양 끝에 있는 전극에서는 전자가 이동하게 되지요.
wiley-vch.e-bookshelf.de
지금까지의 2차전지는 전극의 표면에서만 이온이 달라붙어 반응이 일어났습니다. 겉에서만 반응이 일어나므로 속도가 느린데, 표면이 아닌 전극 전체가 반응이 일어나도록 하면 훨씬 속도가 빨라지겠지요?
전극 내부에서 전자가 빨리 이동할 수 있도록 (높은 전기전도도를 가지도록) 전극을 개발해서 순식간에 충방전이 일어나도록 하는 겁니다.
즉, 전자를 조낸 빨리 먹고 뱉을 수 있는 전극을 만들어 낸 겁니다. 전극을 어떻게 만드느냐에 따라 충방전 속도가 어마어마한 2차전지를 만들어 낼 수 있다는 소리지요.
www.doitpoms.ac.uk
연구 성과 자체를 폄하할 생각은 없습니다. 그건 무한 분쇄 중인 공돌이들에게 절대 예의가 아닙니다. 그럼에도 제가 과감히도 ‘떡밥’이라는 단어를 쓴 데에는 아래와 같은 기사를 찾았기 때문입니다.
굳이 링크를 들어가서 기사를 다 읽어보실 필요는 없습니다. 핵심인 전극을 2차원에서 3차원 형상으로 바꾸겠다는 내용입니다.
어마어마한 반응속도를 얻을 수 있음과 동시에, 미세한 3차원 전극이 각각의 배터리처럼 작용하여 전압까지 자유롭게 조절할 수 있는 과감한 아이디어입니다. 기사에는 1초만에 충전이 가능한 배터리라는 표현을 사용하고 있습니다.
www.nature.com
그런데 기사 막바지에 재미있는 내용도 같이 실려 있지요. ‘급속 충전은 필연적으로 급격한 에너지 이동을 가져오는데, 이 과정에서 자기연소, 소위 이야기하는 ‘폭발’을 일으킬 수 있다'고 언급합니다.
이론적으로는 충분히 가능하시만 실제 적용하기에는 난관이 많다는 반론을 같이 제기 하였지요.
www.kachwanya.com
자, 다시 처음으로 돌아가 보시죠. 한국에서 나온 연구성과 역시 기본 개념은 같습니다. 전극의 에너지 밀도를 올려 충전속도를 끌어올린다는 소리이지요.
훌륭하고 충분히 실현 가능한 이론이지만, 마찬가지로 빠른 충전, 에너지 이동에 의한 폭발 가능성은 언급하고 있지 않습니다. 두 연구 모두 아직은 실험실에서만 가능한 기술이라는 이야기 입니다.
따라서 굳이 1초가 아니더라도 10분만에 충전되는 배터리를 만들기 위해서는, 화학 에너지가 열 에너지로 바뀌지 않도록 잘 관리하는 기술이 필연적으로 개발 되어야 합니다. 수도관이 아무리 잘 정비 되어 있더라도 중간이 깨져서 홍수(?)가 나면 의미가 퇴색되지 않겠습니까.
www.reddit.com
저장 용량도 문제이고, 충전 시간도 문제이고, 배터리 자체의 무게도 문제인걸 보면, 배터리 개발이 정말 쉽지 않다는 생각이 듭니다.
전기 자동차는 가솔린 자동차 보다 먼저 태어났는데요. 그럼에도 불구하고 아직까지 길거리에서 많이 만나볼 수 없다는 사실이 이를 증명하는 것 아닐까요?
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