리튬 이온 배터리의 지속 가능한 대안으로는 무엇이 있을까?
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스마트폰에서 전기 자동차에 이르기까지 모든 것에 동력을 공급하는 배터리는 우리의 일상 생활에서 정말 중요한 동력원이다. 하지만 배터리가 친환경적인 것은 아니다. 그렇기 때문에, 전통적인 리튬 이온 배터리를 대체할 수 있는 더 지속 가능한 대안을 찾기 위한 경쟁이 벌어지고 있다.
이 갤러리에서 지속가능한 대안이 될 만한 차세대 경쟁 대체품들을 알아보자.
나트륨 이온 배터리
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첫 번째는 나트륨 이온 배터리이다. 이것들은 기본적으로 리튬 이온 배터리와 같지만 리튬 이온을 나트륨 이온으로 대체한다.
나트륨 이온 배터리
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나트륨의 위대한 점은 원료를 찾기가 쉽다는 것이다. 바다의 소금이 거의 세계 어디에서나 나트륨 추출에 사용될 수 있다.
나트륨 이온 배터리
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그러나 나트륨 배터리의 단점은 나트륨 이온이 리튬 이온보다 크다는 것이다. 이는 에너지 밀도가 낮음을 의미하며, 이는 휴대폰의 배터리 수명과 전기 자동차의 가동 범위도 짧다는 것을 의미한다.
리튬 황 배터리
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다음은 코발트(리튬 이온 배터리의 구하기 어려운 양극 재료)를 황으로 대체하는 리튬-황 배터리이다.
리튬 황 배터리
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리튬-황 배터리의 장점은 원료의 조달이 용이한 것 외에 에너지 밀도가 높고 생산 비용이 저렴하다는 것이다.
리튬 황 배터리
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현재 이 옵션의 가장 큰 단점은 빠른 분해 속도이다. 리튬-황 배터리를 아직 일상적인 전자 제품에 적용하지 않는 이유는 바로 이러한 사실 때문이다.
고체 상태의 배터리
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아마도 이 경쟁의 가장 유력한 경쟁자는 고체 상태의 배터리일 것이다. 이것들은 리튬이온 배터리와 같지만, 액체가 아닌 고체 전해질 매체를 사용하여 전극 사이에 이온이 흐르게 하는 것이 특징이다.
고체 상태의 배터리
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전통적인 리튬이온 배터리에 비해 전해질 고체 배터리가 가진 장점은 발화 위험이 훨씬 적다는 것이다.
고체 상태의 배터리
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고체 상태의 배터리는 또한 더 큰 전도성을 가지기 때문에, 더 큰 용량 및 충전 속도를 가지고 있다.
수소 연료 전지
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수소 연료 전지는 배터리라고 할 수 없지만 청정 에너지 생산이라는 이유때문에 여전히 대중적인 대안으로 부상하고 있다.
수소 연료 전지
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수소 연료 전지는 수소와 공기 중의 산소를 결합하여 전기와 수증기를 생산하는 방식으로 작동한다. 이 과정은 완전히 환경 친화적이다.
수소 연료 전지
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수소 연료 전지의 단점은 수소 연료 전지를 만들어야 한다는 것이다. 이는 비용이 많이 들고, 이를 뒷받침할 인프라를 갖춘 나라는 세계적으로 많지 않다.
마그네슘 배터리
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연구 초기 단계에 있는 한 가지 대안은 리튬 이온 대신 마그네슘 이온을 사용하여 전하를 운반하는 수성 마그네슘 배터리이다.
마그네슘 배터리
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이 옵션의 장점은 풍부한 가용성과 마그네슘의 상징적인 전하량이다. 이는 같은 크기의 전지에서 더 높은 에너지 밀도를 의미한다.
마그네슘 배터리
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하지만 마그네슘 배터리는 양극재를 어떤 재료로 사용할지 등 아직 답이 나오지 않은 등, 문제가 많다. 리튬이온 전지에 사용되는 재료는 통하지 않기 때문이다.
그래핀 배터리
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배터리를 만드는 또 하나의 유망한 물질은 그래핀인데, 그래핀은 세상에서 가장 얇은 물질이다. 그것은 단일층의 탄소 원자로 이루어져 있다.
그래핀 배터리
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그래핀은 강하고 가벼우며 전기 전도성이 뛰어나 리튬을 대체할 수 있는 강력한 경쟁력을 가지고 있다.
그래핀 배터리
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그러나 그래핀은 가격이 너무 비싸서 현재로서는 상업적인 제품에 사용할 수 없다. 1미터톤당 미화 6만 달러가 넘는다.
알루미늄 배터리
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다음은 쉽게 구할 수 있는 자원이자 가장 쉽게 재활용할 수 있는 재료인 알루미늄이다.
알루미늄 배터리
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알루미늄은 리튬보다 훨씬 저렴하다는 부가적인 이점도 있다. 따라서 대체 배터리 기술을 개발하는 연구자들이 가장 좋아한다.
알루미늄 배터리
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예를 들어, 호주의 그래핀 제조 그룹은 자사의 알루미늄 배터리가 리튬 배터리보다 60배 더 빠르게 충전된다고 주장한다.
철 배터리
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연구자들은 리튬의 대안으로 철을 이용한 실험도 하고 있다. 철은 리튬에 비해 효율성을 잃는 경향이 적다고 한다.
철 배터리
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현재 철 배터리의 문제는 너무 커서 휴대폰이나 전기 자동차와 같이 우리가 필요로 하는 소비재에 사용할 수 없다는 것이다.
철 배터리
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하지만 철은 실용적인 저장을 위해 여전히 유용한 옵션일 수 있다. 실제로 최근 오리건주에 있는 한 회사가 이 기술에 많은 투자를 했다.
실리콘
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실리콘은 배터리 연구자들이 관심을 갖는 또 다른 물질이다. 리튬을 완전히 대체하지는 못하겠지만, 리튬 배터리를 더 오래 지속시키기 위해 추가될 수 있다.
실리콘
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현재 리튬 이온 배터리는 흑연을 주성분으로 사용하고 있다. 그런데 리튬이 탄소층의 틈을 미끄러져 나가면서 시간이 지남에 따라 저장량은 없어진다.
실리콘
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흑연 대신 실리콘을 사용하면 누출을 줄이고 배터리를 가볍게 만들 수 있다.
대마
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이 목록의 마지막 옵션은 대마로, 이미 성장 속도, 탄소 격리 능력, 섬유 원료로서의 다용도성으로 높은 평가를 받고 있다.
대마
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텍사스에 본사를 둔 스타트업 벰프는 대마를 이용해 대체 배터리를 만들 것을 제안했고, 이미 이 물질을 이용한 붕소 탄소 배터리 타입을 개발했다.
대마
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이 배터리는 여전히 리튬과 리튬-황 배터리 기술을 사용하지만, 전통적인 리튬-이온 배터리보다 저렴하고, 가볍고, 재활용하기 쉽다.
출처: (BBC) (Android Authority) (AZoCleantech)