폭발사고 막기 위해 액체전해질과 분리막을 고체전해질로 대체



리튬이온 배터리 활용이 늘어나면서 배터리 폭발사고가 지구촌 곳곳에서 발생하고 있다.

이에 삼성SDI는 총알이 관통해도 터지지 않는 '전고체 배터리'를 개발 중이다.

5일 삼성SDI에 따르면 배터리 사고의 대부분은 충격에 의한 폭발이 원인이다.

리튬이온 배터리는 음극과 양극이 분리막을 중심으로 분리돼 있는 형태인데, 충격을 받아 분리막이 훼손돼 양극과 음극이 만나 열이 발생하게 되고 열을 받은 전해질이 기체로 변화하면서 폭발로 이어지게 된다.

삼성SDI는 이러한 폭발을 근본적으로 막기 위해 액체전해질과 분리막을 고체전해질로 대체하는 기술을 개발하고 있다.

고체전해질을 사용할 경우 음극과 양극이 접촉하는 것을 미연에 방지할 수 있고, 중간에 놓인 고체전해질이 훼손되더라도 액체전해질과는 달리 그 형태를 그대로 유지할 수 있기 때문이다.

이를 '전고체(全固體) 배터리(All Solid Battery)'라고 부르는데, 전고체 배터리는 전해질이 흐르지 않는 특성 때문에 총알이 관통해도 터지지 않을 정도로 충격에 강한 배터리가 될 수 있다.

차세대 기술인 전고체 배터리 개발과 더불어 삼성SDI는 개발 단계에서부터 과충전, 과방전, 과열 등을 방지하는 안전기술을 적용하고 있다.

제품 생산 전 배터리 발화 환경을 모사한 혹독한 테스트를 실시하고, 용도별 기준에 따른 4대 안전성 테스트를 통과한 제품만 출하한다는 설명이다.

4대 안전성 테스트 평가 항목과 방법은 관통(못으로 배터리를 뚫는 테스트), 충돌(무게 추 낙하 등 강력한 외부 충격을 가하는 테스트), 압축(강한 힘으로 배터리를 구부러트리는 테스트), 열노출(높은 열에 기준시간 동안 노출시키는 테스트) 등이다.

한편, 시장조사기관과 업계에 따르면 2013년 납축 배터리 시장 규모는 320억 달러(약 34조원)로, 리튬이온 배터리 시장의 2배에 달했다.

지난해엔 납축 배터리 시장 중 15억 달러(약 1조6000억원) 규모가 리튬이온 배터리로 대체됐다.

이는 점차 가속화돼 2020년에는 대체 시장 규모가 68억 달러(약 7조원)로 커질 전망이다.

리튬이온 배터리는 △중금속인 납을 사용하는 납축 배터리에 비해 유해물질이 적어 친환경적이며 △납축 배터리에 비해 크기와 무게를 4분의 1 수준으로 줄일 수 있는 한편 에너지밀도가 높고 출력이 좋으며 수명이 길고 △ 냉난방 등 환경 유지비용이 많이 발생하는 납축 배터리와 비교해 환경적 제약이 적다는 장점이 있다.

이에 모바일을 바탕으로 한 소형 정보통신기술(IT) 기기용 시장에서는 리튬이온 배터리가 승기를 잡았고, 전동공구를 비롯한 뉴 어플리케이션 분야와 자동차, 에너지저장장치(ESS) 등 중대형 어플리케이션으로 영역을 점차 확대해 나가고 있다.

삼성SDI 관계자는 "납축과 리튬이온 배터리의 전쟁이 중대형 산업기기용 시장으로 옮겨가고 있다"며 "이 같은 트렌드 속에 소형 리튬이온 배터리 세계 1위의 경쟁력을 바탕으로 골프카트, 전기자전거, 자동차, 비상전원공급장치(UPS), ESS용 시장도 빠르게 선점해 나가고 있다"고 전했다.