화학 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 '그린 뉴딜' 배터리
전기차 배터리 원리와 시장 전망은?

[문화뉴스 MHN 김종민 기자] LG화학이 세계 최고 기술을 갖춘 배터리 사업 부문을 분리하면서 30일 하루새 주가가 5% 하락했다. 배터리 사업부는 LG화학의 주력 사업부로, 오랜 적자를 딛고 선진 기술을 확보한 핵심 부서다. 유망 부서가 따로 독립해나가면서, LG화학 전체 회사의 기업가치는 상대적으로 매력이 떨어져 주가도 덩달아 하락한 것이다. LG화학의 핵심 배터리 기술은 단연 '전기차 배터리'다. 전기차 배터리가 무엇이길래 이토록 영향을 미치는 것일까? 전기차 배터리의 원리와 시장 전망에 대해 알아본다.

■ '리튬이온' 이차전지

전지(배터리)는 일차전지와 이차전지로 나뉜다. 우리가 리모컨을 사용할 때 접하는 건전지는 일차전지로, 한 번 쓰고 버리는 일회용품 전지다. 이차전지는 한 번 사용한 이후에도 충전하여 계속 사용할 수 있는 전지를 뜻한다. 이차전지를 구현하는 데에는 다양한 물질들이 사용되지만, 현재 가장 우수한 성능을 보이는 것은 단연 리튬이온전지다.

사진 출처: 스웨덴 왕립 과학회

리튬이온전지는 말 그대로 리튬이온을 이용한다. 리튬이온이 양극과 음극을 이동하면서 전기 에너지를 제공한다. 이때 리튬이온의 탈부착이 가능한 물질이 화학 반응을 일으키면서 화학 에너지가 전기 에너지로 바뀌게 된다. 따라서 더욱 효율적인 리튬이온전지를 개발하기 위해서는 적합한 물질을 찾는 것이 중요하다. 초창기 리튬이온전지는 노트북, 휴대폰 등에 주로 사용되었지만, 전기자동차용 배터리로도 주목을 받게 되면서 용량과 효율성 개선이 중요해졌다. 이에 걸맞은 신물질 후보군을 발견하는 것이 주요 과제가 된 것이다.

 

■ 전기차 배터리 구조 '셀' '모듈' '팩'

전기차 배터리에 사용되는 리튬이온전지는 크게 셀, 모듈, 팩으로 구분된다.

셀은 리튬이온전지의 기본적인 핵심 단위다. 셀은 양극과 음극, 분리막과 전해질로 구성된다. 양극과 음극은 리튬이온을 직접 받아 전기 에너지를 생성하는 기관이다. 분리막은 두 전극에서 생성된 에너지가 흩어지지 않도록 막는 장치이다. 전해질은 리튬이온이 이동할 수 있도록 하는 매개체다. 셋 모두 각각의 역할에 맞는 특수한 물질이 필요하다. 예를 들면, 양극과 음극에는 연필심과 같은 재질인 '흑연'이 사용된다. 흑연은 안정적으로 고속 충-방전을 견딜 수 있는 특성이 있기 때문이다.

셀 구조 (사진 출처: LG화학)
전기차 배터리 구성 셀, 모듈, 팩 (사진 출처: 삼성SDI)

모듈은 전기차 배터리의 핵심인 셀을 보호하기 위한 장치다. 일정 단위의 셀들이 모여 모듈이 된다. 이러한 모듈들과 함께 냉각 시스템, 제어시스템, 배터리 관리 시스템(BMS)을 통합해 만든 것이 팩이다. 직접 전기를 생산하는 기관은 셀이지만, 최근에는 팩이 더 주목을 받고 있다. 결국 탑재되는 배터리는 팩의 모양을 따르기 때문이다. 모듈과 팩이 어떤 모양으로 탑재되는지에 따라 공간 효율성이 달라진다. 팩에 들어가는 배터리 관리 시스템(BMS)은 충전 상태를 모니터링하고 과충전을 방지하는 조율 시스템이다. BMS 하드웨어 및 소프트웨어는 배터리의 최종 성능에 직접적인 영향을 끼친다.

 

■ 전기차 배터리 시장 전망은?

전기차 배터리 수요는 꾸준히 급증했다. 2019년 기준 리튬이온전지 수요량은 198기가와트시(GWh)였으나, 2020년에는 3392기가와트시에 이른다. 시장조사 전문업체에 따르면, 전기차 배터리 탑재 용량은 점차 증가하고 있어, 2030년까지 30배 성장할 것으로 전망된다. 리튬이온전지를 이용한 에너지 저장 장치 역시도 같은 기간 16배 성장할 것으로 보인다. 

이러한 경향은 신재생 에너지 확대 및 그린 뉴딜 정책의 날개를 달았다. 정부는 7월 그린뉴딜 정책으로 전기차 113만대를 보급하겠다는 공약을 내세웠다. 그간 이용자를 대상으로 전기차 인프라의 문제로 지적되었던 충전소를 신설하고, 최대 1400만 원의 전기차 보조금을 지원한다. 그뿐만 아니라 2025년까지 연구개발 인력을 확보하도록 재정지원을 확대하기로 밝혔다. 30일 현대차 울산공장을 문재인 대통령이 방문해 생산을 독려한 것은 이러한 기조를 상징적으로 보여준다.

----

LG화학 '배터리 사업부' 분할 논란, '전기차 배터리'가 뭐길래?

화학 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 '그린 뉴딜' 배터리
전기차 배터리 원리와 시장 전망은?

주요기사
관련기사

 
저작권자 © 문화뉴스 무단전재 및 재배포 금지