고체 전해질을 사용하는 전고체 배터리

Question

안녕하세요!

고체 전해질을 사용하는 전고체 배터리가 기존 리튬이온 대비 화재 위험을 줄이고 에너지 밀도를 높이는 원리는 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요. 설재훈 전문가입니다. 전고체 배터리는 기존 리튬이온 배터리에서 액체 전해질을 고체 전해질로 바꾼 배터리입니다.

 기존 리튬이온 배터리는 내부에 불이 붙기 쉬운 유기 액체 전해질이 들어가 있어서 배터리가 심하게 손상되거나 과열되면 화재나 열폭주로 이어질 위험이 있습니다. 전고체 배터리는 이 부분을 고체 물질로 바꾸기 때문에 누액이나 인화성 전해질에 의한 화재 위험을 줄일 수 있습니다. 물론 전고체라고 해서 화재가 절대 발생하지 않는 것은 아닙니다.

 에너지 밀도가 높아질 수 있는 이유도 중요한데, 고체 전해질을 사용하면 배터리 내부 구조를 더 효율적으로 설계할 수 있고, 특히 리튬 금속 음극을 사용하는 방식이 가능해집니다. 리튬 금속은 기존 흑연 음극보다 같은 무게에서 더 많은 리튬을 저장할 수 있기 때문에 배터리 용량을 크게 높일 가능성이 있습니다.

 그래서 정리하면 기존 배터리는 액체 전해질 때문에 안전성에 한계가 있고, 전고체 배터리는 고체 전해질을 이용해서 안전성을 높이면서 리튬 금속 음극 등을 활용해 에너지 밀도까지 높이는 것이 핵심이라고 보면 됩니다.

Answer 2

안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.

전고체 배터리는 화재에 취약해서 액체 유기 용매 대신에 불이 잘 붙지 않는 고체 전해질를 씁니다. 그 덕분에 폭발 위험이 줄어 들었죠. 안정성이 향상된 덕분에 쿨링 시스템이나 방화 부품 같은 안전 장치를 줄일 수 있습니다. 그래서 남는 공간에 양극제와 응극제를 더 넣을 수 있는 구조이죠. 그리고 리튬 금속 음극을 사용할 수 있으면서 배터리의 공간 효율성과 밀도가 늘어났습니다. 결국 구조적인 안정 확보란 에너지 저장 물질의 확충이 이루어진 거죠. 그래서 차세대 배터리로 주목받고 있습니다.

Answer 3

안녕하세요. 박형진 전문가입니다.

가장 중요한 요인으로는 기존 리튬이온 배터리에서 화재 요인으로 작용하던 가연성 유기 용액 액체 전해질이 없고 대신 불연성 고체 전해질로 대체되었기 때문에 화재 위험이 극히 낮아졌습니다.

또한 이러한 화재를 막기위해 사용되는 안전 장치나 부품이 필요없기 때문에 이 공간을 좀더 배터리 전해질로 채울 수 있어 에너지 밀도를 높힐 수 있게 되었지요.

참고 부탁드려요~

Answer 4

안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.

전고체 배터리는 가연성 유기 음용매 기반의 액체 전해질 대신 불연성 고체 물질을 사용하여 열폭주나 외부 충격에 의한 화재·폭발 위험을 근본적으로 차단합니다 또한 고체 전해질 자체가 양극과 음극의 직접 접촉을 막는 분리막 역할을 겸하기 때문에 액체 배터리에 필수적이던 분리막과 부피가 큰 안전 제어 장치를 대폭 줄일 수 있습니다 이렇게 확보된 배터리 내부 공간에는 음극재로 기존 흑연 대신 용량 대 비 부피가 매우 작은 리튬 금속을 적용할 수 있게 됩니다 결과적으로 동일한 부피 내에 에너지 저장 물질을 훨씬 밀도 높게 채워 넣음으로써 화재 안정성과 높은 에너지 밀도를 동시에 실현하게 됩니다