[스크랩] 이차전지 개발 현황 및 전망

 

 

 

 

 

이차전지 개요
이차전지는 외부의 전기에너지를 화학에너지 형태로 바꾸어 저장해 두었다가 필요할 때 전기를 발생시키는 장치를 말하며, 충전이 가능하기 때문에 충전식 전지(Rechargeable battery)라고도 부릅니다. 현재 흔히 쓰이는 이차전지로는 납축전지, 니켈 카드뮴 전지(NiCd), 니켈 수소 전지(NiMH), 리튬이온전지(Li-ion), 리튬이온 폴리머 전지가 있습니다.
이차전지는 일차전지와 달리 전기의 반복적 저장(充電) 및 사용(放電)이 가능하다는 장점이 있으나 일차전지에 비해 값이 비싸고 전지에 쓰이는 화학부나 금속의 독성이 더 강하다는 단점이 있습니다.

이차전지의 구성 및 작동원리
이차전지는 양극, 음극, 전해질, 분리막으로 구성되며, 서로 다른 양극 및 음극 소재의 전압차이를 이용하여 전기를 저장 및 발생시키게 됩니다. 방전이란 전압이 높은 음극에서 낮은 양극으로 전자를 이동시키는 것이며(양극의 전압 차이만큼 전기를 발생), 충전이란 전자를 다시 양극에서 음극으로 이동시키는 것으로 이때 양극물질은 전자와 리튬이온을 받아들여 원래의 금속산화물로 복귀하게 됩니다.

 

이차전지 개발 동향
자동차용 이차전지로 사용되는 니켈수소 전지는 화학적으로 안정되어 있어 과충전이나 셀들 간 전압 불균형에도 사용이 용이하다는 장점이 있으며, 리튬이온 전지에 비해 셀당 기전력과 에너지 밀도가 낮고 자기방전율이 최대 30%이상 되는 단점이 있음에도 불구하고 초기 하이브리드 자동차의 배터리로 사용되었습니다. 하지만 높은 전기에너지를 필요로 하는 플러그인 하이브리드 자동차, 전기자동차로 시장의 확대가 예상됨에 따라 리튬이온 전지가 고가격, 충•방전 시 위험성 등 단점을 가지고 있음에도 불구하고, 상대적으로 높은 에너지 밀도, 높은 기전력, 비메모리 효과, 사이클 특성 등의 장점 때문에 전기자동차용 전지로 주목 받게 되었습니다. 리튬이차전지 기술은 초기 전지조립기술이 주도해 왔으나 향후 소재가 기술을 주도할 것으로 예상되며, 특히 리튬이온 전지 원가의 30~40%를 차지하고 있는 양극 활물질의 경우, 고가의 코발트(50 USD/kg) 대신 저가의 금속원료(Ni, Mn, Fe)로 대체가 이루어지고 있고, 보다 값싸고 높은 출력을 가지며 오랜 사용에도 안정된 구조를 유지하는 리튬 화합물의 개발이 리튬이온 전지 연구에 핵심 이슈가 될 것입니다. 또한 전기자동차 및 에너지 저장용 중대형 전지의 개발을 위해 보다 혁신적인 양극소재가 요구됩니다.

 

 

* 리튬이온전지 원가 구성 : 양극 활물질 35%, 음극 활물질 10%, 분리막 20%, 전해질 15%, 기타 비용 20%

이차전지 산업 향후 전망
유럽의 경우 2008년 12월 EU 본 회의에서 CO2 배출량을 단계적으로 감축하여 2015년부터 120g/km 이하로 적용하도록 규정하고 이를 만족하지 못할 경우 벌금을 부과하는 내용의 CO2 배출규제안을 공식적으로 승인(‘09.1월) 하였으며, 미국의 경우 현재 27.5mpg(mile per gallon)으로 되어있는 연비규정을 2020년부터 35mpg으로 상향하는 규정을 제정하였고 캘리포니아에서는 판매차량의 10% 이상을 무공해 친환경자동차로 하는 의무 규정을 두어 규제를 통한 기술개발을 독려하고 있습니다.

미래에셋 리서치에 따르면 미국의 연비규제에 부합하기 위한 전기차 시장은 2016년 xEV 230만대로 예상되며, 유럽의 경우 온실가스 규제 및 자동차 과징금으로 2016년 xEV 시장이 185만대로 확대될 것으로 전망하고 있습니다.
전 세계 xEV 시장은 2014년까지 규제 및 보조금을 바탕으로 400만대 돌파, 경제성 확보를 바탕으로 2020년 1,280만대 규모로 예상되고 있습니다.

 

 

연도별 xEV 비중 추정
자료 : 미래에셋리서치

또한 2014년까지 일중 피크 전력의 2.25%를 ESS로 확보 및 2020년 까지 5%로 증대 하는 것을 골자로 하는 캘리포니아 AB2514 법안의 발효로 ESS(에너지 저장 시스템) 시장의 확대가 예상되며, 다양한 ESS 중 높은 전력을 지원할 수 있는 기술이 리튬 전지가 유일함에 따라 향후 이차전지(리튬전지) 시장의 성장이 예상됩니다.

 

 

ESS용 이차전지 비중 및 가격 전망
자료 : 미래에셋리서치

 

2MW Li-ion Battery(A123) 500kW Mobile Zinc Flow Battery Storage
자료 : CESA, 미래에셋 리서치

온실가스에 의한 기후변화에 대응하고 고갈되어가는 석유 에너지를 대체할 에너지원의 필요 등으로 전기자동차의 개발 및 출시는 앞으로도 계속될 것이며, 이차전지 사업 또한 전기자동차 보급대수의 증가와 급부상 하고 있는 ESS 사업과 기후변화에 대한 정부 정책에 따라 향후 급격하게 성장할 것으로 예측됩니다.
한편, 전기자동차의 상용화를 위해서는, 짧은 일충전 주행거리로 대표되는 리튬이온 전지의 가장 주된 문제점인 에너지 밀도의 증가와 안전성•수명 등 기술적 문제 해결이 선행되어야 하고 대량생산을 통한 가격의 인하가 수반되어야 합니다. 또한 이차전지 생산기술에 비해 상대적으로 취약한 부품 및 소재기술의 발전을 위해 국내 이차전지 소재 업체의 전략적 육성 및 정책적 지원이 지속적으로 이루어져야 합니다.

 

 

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출처 : Ecovolution

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