[고분자] 리튬전지

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목차: Ⅰ. Introduction
Ⅱ. Gel Polymer Electrolytes
1. 리튬 전지의 개념 및 원리
2. 고분자 전해질
3. 고분자 전해질 비교
4. 겔 고분자 전해질
Ⅲ. How to Improve
1. 기계적 물성
2. 전기화학적 안정성
3. 이온전도도
4. Idea modeling
Ⅳ. References

본문내용: Ⅰ. Introduction
최근 곳곳에서 환경문제, 에너지 문제가 심각해지고 있다. 그래서 사회 여러 곳에서 깨끗하고 재생 가능한 에너지를 찾으려 하고 있다. 그 중에 하나는 신재생 에너지로 태양광, 풍력, 조력에너지 등이 있다. 하지만 그러한 에너지원은 바람, 일조량 등 자연 현상에 의해 발전 변동폭이 심하여 별도의 품질제어장치가 필요하다. 그리고 품질을 제어하기 위해서는 생산된 전력을 저장할 수 있는 전력저장장치이다. 이러한 전력 제어용 저장장치의 필요량은 조사업체마다 차이가 있기는 하나 2050년에 189~305GW가 될 것으로 예상하고 있다. 그리고 갈수록 휴대폰, 노트북, 카메라 등의 전지가 중요해지고 있다. 전력을 아무 곳에서나 공급받을 수 없기 때문에 전력을 많이 저장할 수 있는 전지의 수요가 증가할 것이다. 이러한 사례를 보아서 전지의 개발은 미래 산업의 핵심이 될 것이라고 생각할 수 있다.

<그림1. 신재생 에너지와 신재생 전력 품질 안정화 그래프>
그러한 전지의 종류에는 크게 일차전지, 이차전지, 연료전지, 전기화학전지, 태양전지로 나눌 수 있다. 이 중 충전 가능한 전지인 이차전지에 주목하여야 한다. 이차전지는 다시 Ni-Fe전지, NaS 이차전지, 연축전지, Ni-Cd 이차전지, 리튬 이차전지로 나눌 수 있다. 이차전지 중에 리튬 이차전지는 많은 장점을 가지고 있다. 첫째, 다른 중금속 같은 것이 들어가지 않으므로 친환경적이다. 둘째, 높은 에너지 밀도를 가지고 있다. 셋째, 100%에 근접하는 에너지 저장효율을 가져서 오래 저장해두어도 에너지 손실이 많지 않다. 넷째, 메모리 효과가 없다. 이러한 많은 장점으로 인해 이차전지 중에 리튬 이차전지가 미래의 전지로 각광받고 있는 실정이다.
리튬 이차전지는 리튬 산화물로 이루어진 양극(cathod), 탄소 재질의 음극(anode), 고분자 재질의 분리막(separator), 리튬염으로 구성된 액상 및 고상의 전해질(electrolyte)에 의해 분리되어 구성되며, 화학적 에너지를 전기에너지로 전환시키는 전기화학소자를 의미한다. 그림2에 리튬 이차전지의 작동 원리 및 간단한 충/방전 거동을 도시했다.

<그림2. 리튬 이차전지의 작동원리>
리튬 차전지는 리튬이온전지로 상용화가 제일 많이 되어있다. 리튬이 전지는 전해질에서 유기 용매를 사용한다는 것이 특징이다. 그런데 유기 전해액을 사용함에 따라 안정성이 보장되지 않고 누액의 가능성이 있다. 실제 노트북이나 휴대폰이 폭발하여 사람이 상해를 입는 일이 발생하였다. 그림3은 노트북과 휴대폰이 폭발한 사례이다.

<그림3>
이러한 사건이 발생한다면 회사와 개인에게 큰 손해가 갈 것이다. 그래서 안정성을 보장받지 못한다면 사용하기 힘들다. 그 외에도 리튬 이온전지는 공정에서 무습 조건을 요구하는 시간이 있으므로 공정이 복잡해지고 가격이 높아진다. 그리고 수명, 작동 온도영역도 리튬 이온전지가 전력저장용 전지로 자리매김하는데 해결해야 할 과제로 남아있다.
리튬 이온 전지의 문제를 해결하기 위해서 돌파구는 전극과 전해질 두 가지 기술이라는 인식이 일반적으로 형성되어있지만 이번 보고서에서 주목할 부분은 전해질이다. 전해질을 겔 형태로 만들어 안정성을 확보하거나 전해질에 유기용매와 같은 액체를 전혀 사용하지 않고 고체 전해질을 이용하는 것이다, 고체 전해질을 사용하는 경우 안전성은 완전히 보장할 수 있지만 이온전도도라는 벽이 막혀 있는 상태이다. 상용화 할 수 있는 이온전도도가 나오지 않는 것이다. 그런 점에서 겔 고분자 전해질은 안정성이 완전히 담보되지 않지만 이온전도도가 상용화 할 수 있는 정도라서 고체 고분자가 완전히 발전할 때까지 개발하여 사용해야 할 재료이다.

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6. 민천홍, 김병남, 2차전지산업 – 구조적 성장 추세를 막을 수 없다, 2009, 유진투자증권
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15. www.samsungsdi.co.kr
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17. 이수환, [터치앤리뷰]LG전자 `옵티머스 뷰` ④기술1, 전자신문, 2012.03.16
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19. 프로스트 앤 설리번 인터내셔널, 2016년까지 한국 하이브리드•전기 자동차 밧데리 시장 55.3% 성장 전망, 뉴스와이어, 2011.03.31

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