Special 차세대 배터리 핵심 소재 기술 개발 및 산업응용 동향(2)

 
저탄소 건식공정 기반 리튬이차전지 후막 전극 개발 동향

유정근_한국재료연구원 복합재료연구본부 책임연구원
강길선_한국재료연구원 복합재료연구본부 책임연구원

1. 지구 온난화와 2050 탄소중립

그림 1. 전세계 탄소중립 선언 현황

 
지금까지 인류는 에너지원으로서 석유, 석탄과 같은 화석연료를 오랫동안 사용해오며 눈부신 문명 발전을 이룩할 수 있었지만 지구 온난화와 자원 고갈과 같이 생존을 위협하는 부작용에 직면하고 있는 상황이다. 이러한 기후위기의 재앙을 막기 위해서는 탄소중립이 꼭 필요하다. 과학자들에 따르면, 전 세계가 2050년 이전에 탄소중립을 달성해야만 지구 평균 온도 상승 폭을 1.5도 이하로 억제할 수 있다.
  유럽연합, 캐나다, 남아프리카공화국이 2050년까지 탄소중립을 약속했고 뉴질랜드, 칠레, 덴마크, 프랑스, 헝가리, 영국은 한발 더 나아가 2050 목표를 법제화하고 있다. 오스트리아(2040), 아이슬란드(2040), 핀란드(2035) 같은 나라는 2050년보다 더 야심 찬 목표를 세웠고, 최근 대한민국(2050)이 탄소중립 선언 대열에 합류했다.1)1) 홍남기 경제부총리 겸 기획재정부 장관 주재 (2020.12.07), 2050 탄소중립 추진전략. 제22차 비상경제 중앙대책본부회의
2)2) 문재인 대통령 주재 (2020.12.15). 2030 국가온실가스감축목표(NDC), 제61회 국무회의
3)3) 문재인 대통령 주재 (2020.12.15). 2050 장기저탄소발전전략(LEDS), 제61회 국무회의

  탄소중립이란 탄소 배출량에서 흡수량을 뺀 순 배출, 즉 실질적인 탄소 배출량이 0이 되는 상태이다. 탄소중립을 이루는 방법은 두 가지가 있다. 하나는 탄소 상쇄(Carbon offsets)이고 또 다른 방법은 애초에 온실가스 배출을 덜 하는 것이다. 온실가스 배출량을 줄이기 위해서는 화석연료를 퇴출하고, 100% 재생에너지로 전환하는 동시에 에너지 효율을 높여야 한다. 이 같은 변화는 전력뿐 아니라 교통, 제조 등 사회 전 분야에 걸쳐 이뤄져야 한다.

2. 탄소중립과 그린 뉴딜 정책 기조 : 내연기관에서 전기자동차로의 대전환

미국, 프랑스, 영국, 독일 등 많은 국가가 탄소중립 계획에 맞춰 2035년을 기점을 기점으로 내연기관 신규 등록 금지를 선언함에 따라 완성차 업체들은 BEV, PHEV 등과 같은 친환경차 라인업으로 전환을 모색하고 있다.
  COVID-19사태 이후 각국 정부들이 경기 부양 대책의 일환으로 그린 뉴딜 정책 기조를 강화하고, 자동차 제도사에 친환경 자동차의 생산 및 판매를 촉구하면서 높은 성장세를 지속하고 있다. 또한, Digital transformation이라는 변화에 직면하여 전기자동차로의 대전환이 예상되며, 이에 따라 2025년 이후 글로벌 리딩 산업은 메모리 산업에서 전지 산업으로 변화할 것으로 예측하고 있다. [그림2]
  2022년 기준 전 세계 자동차 판매 대수는 약 7,635만 대를 기록하였으며, 그중 전기차 판매 대수는 약 780만 대로 10%가 넘는 침투율을 기록하였다. 2022년 전 세계에 등록된 전기차 총 대수는 약 1,083만 대로 전년 대비 61.3% 상승한 것으로 조사되었다.4)4) SNE Reserch

그림 2. 글로벌 리딩 산업의 변화 및 전기자동차용 배터리 수요

3. 전기자동차 배터리용 전극 소재 및 공정 개발 현황 : 습식 공정 기반 전극 제조 현황 및 이슈

현재 1회 충전 시 장거리 주행(> 700 kM)이 가능한 전기자동차를 구현하기 위해서는 배터리의 에너지 밀도(> 350Wh/kg, > 800Wh/L)의 상향이 필수적임. 배터리 가치사슬(Value chain)을 고려했을 때, 최종 배터리 팩(Pack)의 에너지 밀도 올리기 위해서는 팩을 구성하는 모듈(Module) -셀(Cell) -전극(Electrode) -소재(Materials) 각 레벨에서의 에너지의 밀도를 높일 수 있는 전략이 필요하다. [그림3]
  배터리 가치사슬 상 최종 배터리 팩을 제조하는 과정에서 배터리의 성능과 안전을 위해 용량에 기여하지 않는 부소재(Inactive Materials) 추가될 수밖에 없으며, 최종 팩의 에너지 밀도를 효과적으로 올리기 위해서는 성능과 안전을 유지하는 범위 내에서 부소재를 최소화할 수 있는 전략이 필요하다. [그림 3]

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<본 사이트에는 일부 내용이 생략되었습니다. 자세한 내용은 세라믹코리아 2023년 7월호를 참조바랍니다. 정기구독하시면 지난호보기에서 PDF를 다운로드 하실 수 있습니다.>