우리는 대체에너지 중에서 전기가 가장 깨끗하고 가장 융통성이 있는 에너지로 이미 알고 있다. 문제는 전기는 저장이 어렵다는 것이다.
그래서 리튬이온 전지가 관심을 받기 시작했다.
1990년대 초에 리튬이온 전지의 출현으로 휴대전화 보급이 시작 되었고, 컴퓨터, 카메라, MP3 플레이어, GPS 등 정보 혁명을 만들어 내면서 우리들의 호주머니 속까지 그 영역이 넓혀졌다.
현재 기대되는 것은 리튬이온 전지의 대용량화가 전기자동차 시대를 앞당기고 있으며, 더 나아가 신·재생에너지의 최적 활용을 위한 송전시스템에까지 도입되기 시작했다. 그게 바로 ESS인데, 문제는 안전이다.
전기를 저장하기 위해서는 최대수의 전자를 가능한 한 소형 경량의 장치에 안전하게 집어 넣어야 한다. 전자를 손에 넣기 위해서는 그것을 원자로부터 분리하지 않으면 안된다. 그렇다면 그 용기(전지)에서 다시 빼 낼 수 있는 전자는 모두 양성자와 중성자라고 하는 것을 동반하고 있다.
그 어느쪽도 전자의 1,800배 이상 무겁다. 예로 12볼트 납축전지의 경우 이용 가능한 전자는 무거운 납 원자에 붙들려 있다. 납의 원자핵은 82개의 양성자와 125개의 중성자로 되어 원자량은 207.2이다. 반면 휴대전화에 사용하고 있는 리튬전지는 3개의 양성자와 4개의 중성자 밖에 붙어있지 않다. 그러므로 리튬 원자량은 6.941인데, 납 원자의 30분의 1밖에 안된다는 사실이다.
즉, 리튬 원자가 외각의 전자를 방출하기 쉬운 것도 다른 대부분의 원소보다 고 에너지 밀도의 전지 재료로서 알맞는 것을 의미한다.
그러나 문제는 고 에너지의 화학반응에 의한 폭발가능성에 있다. 리튬 이온 전지 2개의 극으로부터 활물질을 섞어 적당한 조건을 주게 되면 위력적인 폭약이 만들어 진다. 그러나 리튬 이온 전지는 이와 같은 격렬한 성질을 억누르게 만들어서 두개의 전극을 통해 에너지를 꺼내어 이용 가능하게 한 화학 시스템이다.
그렇게 위험한 전지를 처음으로 우리 몸에 직접 지닐 수 있게 만든 것이 1970년대 디지털 손목시계이며, 1990년대 더욱 안전하게 발전시켜 스마트폰과 노트북 등에 사용하게 된 것이다.
2000년에 들어와서 전기자동차와 신재생에너지의 단속 전원을 저장할 수 있는 대용량으로 우리곁에 성큼 다가 왔다. 하지만, 대용량화 하면서 해결되어야 할 문제점이 하나 둘씩 나타나고 있는데, 그것이 바로 화재사고다.
앞으로 중대형 전지 시장은 상상을 초월할 정도다. 문제는 전지의 안전성을 담보할 수 있는 중대형 전지 소재개발이 관건이다.소재 개발에는 소재 기술, 전지 설계 기술, 제조 공정 기술의 3요소가 균형을 이루어야 안정된 전지가 될 수 있다. 특히 소재 기술은 음극제와 양극제 그리고 분리막과 전해액이다.
ESS는 브리지 에너지(bridge energy)로 재생에너지 등에서는 미래를 위해 반드시 필요한 System이다.
요즘 한국에서는 ESS 화재로 리튬전지의 신뢰성에 의문을 제기하고 있다. 하지만 반드시 가야만 하는 길이다. 우리 모두 지혜를 모아 다시 시작해보자. 반드 시 그렇게 해야만 한다.
미국 LA에서...
이순형 박사/기술사
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남형권 기자
cabinnam@enertopianews.co.kr
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