네트워크상에서 전원을 공급하는 전지 기술 또한 저장장치 기술 못지 않게 중요하다 IT 응용시스템공학과 우의침 Ch07_차세대 전지 네트워크상에서 전원을 공급하는 전지 기술 또한 저장장치 기술 못지 않게 중요하다

이 장에서 다루는 내용 01_개요 02_전지 분류 03_차세대 2차전지 04_초고용량 커패시터 05_연료전지

01_개요 차세대 전지 □ 차세대 전지는 차세대 휴대전화, DMB 폰, 노트북 컴퓨터, PDA 등의 각종 휴대 정보 단말기기뿐만 아니라 산업용 전원, 하이브리드 자동차(Hybrid Electronic Vehichle; HEV), 전기자동차 등의 동력원으로 점점 더 중요성이 커지고 있다. □ 현재 휴대용 2차전지 크기로는 그 한계가 뚜렷하여 소형화, 고용량, 고성능 휴대기기에 적용하는 데에 어려움이 있다.

02_전지 분류 □ 하이브리드 자동차, 지능형 로봇 등 각국이 미래의 성장동력으로 손꼽고 있는 신산업은 고출력·중대형 전지의 개발 없이는 산업화가 불가능하며, 전지산업의 발전과 전지의 고성능화가 더불어 요구되고 있다. 또한 휴대용 기기의 융합화·다기능화가 급속히 진전됨에 따라 소형이면서, 장시간 사용이 가능한 전지의 필요성이 더욱 높아지고 있다. □ 리튬이온전지(Lithium Ion Battery; LIB)와 리튬이온폴리머전지(Lithium Ion Polymer Battery; LIPB)로 대표되는 리튬2차전지가 있는데, 앞으로도 휴대용 기기의 발달로 인해 리튬2차전지의 발달은 지속될 것으로 보인다.

03_차세대 2차 전지 전지의 구분 □ 1차 전지 한 번 쓰면 재사용이 불가능한 전지 예) 망간전지, 알카라인전지 □ 1차 전지 한 번 쓰면 재사용이 불가능한 전지 예) 망간전지, 알카라인전지 □ 2차 전지 충전을 통해 지속적인 사용이 가능한 전지 예) 니켈 카드뮴전지(Ni-Cd), 니켈수소전지(Ni-MH) □ 차세대 2차 전지 2차 전지 중 다음과 같은 전지를 따로 구분 예) 리튬이온전지 및 리튬폴리머전지 ※ 화학 전지 화학에너지와 전기에너지 간의 상호변환이 가역적이어서 충전과 방전을 반복할 수 있으며, 특히 소형 2차 전지는 휴대폰, 노트북컴퓨터, 캠코더, PDA, 전동공구 등에 전원으로 사용 메모리 효과 전지를 완전히 방전시키지 않은 상태에서 충전을 하게 되면 전지의 충전 가능 용량이 줄어들다.

03_차세대 2차 전지 차세대 2차 전지 기술 차세대 2차 전지 □ 화학, 물리, 전기, 전자, 재료, 금속 등 분야가 집약된 첨단기술제품으로서 광범위한 응용기술이 필요하며, 학문적 이론과 연구실험이 계속 뒷받침되어야만 고용량·고성능화를 달성할 수 있다. 차세대 2차 전지 □ 전원을 필요로 하는 모든 휴대용 정보통신기기, 전자·전기기기, 가전제품 등에 필수적으로 사용된다. □ 산업적으로는 완제품을 전방산업으로 부품·소재산업을 후방산업으로 하는 중간산업으로 폭넓은 산업연관 효과를 증대시키면서 독자적인 판매도 가능한 산업이다. □ 국가적으로는 중요 기간산업인 에너지 산업이 되기도 한다.

03_차세대 2차 전지 리튬 이온 전지 □ 양극과 음극 사이를 리튬이온이 가역적으로 드나들면서 화학에너지를 전기에너지로 변환시키는 2차전지로서 양극으로 리튬금속산화물(lithium metal oxide), 음극으로 탄소(carbon)계 물질을 사용한다. □ 모바일 기기의 진화에 따라 카메라, MP3, TV, 게임기 등의 기능이 휴대폰에 탑재되었으며, 이에 따른 모바일 기기의 소비전력 증가는 차세대 초고용 량 리튬이온전지의 개발을 촉진시키고 있다. □ 환경 규제 및 유가 상승으로 인하여 하이 브리드 자동차에 대한 수요가 증가하고 있고, 이에 따라 중대형 전지에 대한 관심이 집중되 면서 전지의 저가격화, 고출력화, 고안전화를 이루기 위한 노력이 계속되고 있다. □ 지능형 로봇의 보급이 본격화되면서 로봇의 전원으로 리튬이온전지가 사용될 것이 확실시되며, 산업, 전력, 군사, 바이오 등 신규 분야에 대한 리튬이온전지의 채택도 가시화됨에 따라 각 용도에 적합한 리튬이온전지 개발이 필요조건이 되고 있다.

03_차세대 2차 전지 리튬 이온 폴리머 전지 □ 폴리머 전해질을 사용하면서 양극과 음극으로 리튬이온전지(LIB)와 동일한 리튬코발트산화물(LiCoO2)와 탄소계 물질을 사용하는 리튬이온폴리머전지(LIPB)는 안전성이 확보되고 제조공정상의 이점이 있어 상용화되었다. □ 특히 폴리머전지는 용도에 따라 다양한 크기와 모양으로 제조할 수 있고 얇은 두께로의 제작이 가능하다는 장점이 있어, 최근 휴대폰을 비롯한 휴대용 전자기기가 경박단소화됨에 따라 얇고 가벼운 전지에 대한 요구가 증가하면서 리튬이온폴리머전지(LIPB)의 수요가 증가하고 있다. □ 안전성 측면에서 리튬이온전지에 비해 우수하다는 평가를 받고 있으며, 향후 하이브리드 자동차용 전지로도 각광을 받을 전망이다.

04_초고용량 커패시티 산업기술 분류 체계에서 2차전지와 초고용량 커패시티를 분류한 이유 □ 1990년대까지는 콘덴서 또는 커패시터 부품, 즉 전자 부품으로 분류되었다. □ 2003년 산업자원부에서 산업기술 분류체계를 개정하면서 차세대 전지군으로 분류되기 시작하였다. □ 장기적으로 고성능 부품과 소재를 도입하고 용도 지향적으로 발전하고 있어 리튬2차전지 산업의 후속으로 부각될 것으로 예측된다 산업기술 분류 체계에서 2차전지와 초고용량 커패시티를 분류한 이유 □ 초고용량 커패시터가 기존의 2차전지보다는 콘덴서 부품에서 기술적 근원을 가지고 있기 때문이다. □ 초고용량 커패시터로 넘어오면서 기존 콘덴서 부품과 비교해볼 때 크기나 기능면에서 엄청난 향상을 가져왔음에도 불구하고 사용처 등에 있어서 유사한 흐름을 유지하기 때문이다.

04_초고용량 커패시티

04_초고용량 커패시티

05_연료전지 □ 수소와 산소의 반응을 통해 전기와 열 및 물을 생산하는 고효율의 무공해 전기화학장치로서 반응물을 공급하는 한 지속적인 전력 생산이 가능한 일종의 발전기를 말한다. □ 전해질의 종류에 따라 다음과 같이 분류한다. : 인산형(Phosphoric Acid Fuel Cell; PAFC) : 용융탄산염형(Molten Carbonate Fuel Cell; MCFC) : 고체산화물형(Solid Oxide Fuel Cell; SOFC) : 알카리성형(Alkaline Fuel Cell; AFC) : 고체고분자형(PolymerElectrolyte Fuel Cell; PEFC) □ 용량과 안전성이 상충관계에 있는 상용 리튬이온전지의 에너지 용량 증가가 기술적 한계치에 근접했다. □ 고출력 이동전원에 대한 시장의 신규 수요 및 시장성이 매우 높고, 이런 점에서 휴대용 연료전지의 상품성이 평가받고 있다. □ 궁극적으로 자동차용이 최대의 연료전지 시장을 형성할 전망이나, 조기 시장진입은 유통과 보관에 대대적인 인프라 구축이 불필요한 휴대용이 선점할 것으로 예측되고 있다.

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