전기 자동차, 전기 비행기, 인공위성… 앞으로는 구조전지로 만들어?!
2021년 우리가 이동하는 데 필요한 모빌리티의 에너지가 석유에서 전기로 바뀌고 있다. 전기 자동차, 전기 비행기, 심지어 인공위성까지 전기로 작동하는 시대가 오고 있다. 놀이기구뿐이 아니다. 오늘날 우리가 사용하는 크고 작은 전자기기를 보다 가볍고 유연하게 만드는 데 도움이 되는 배터리 기술은 빼놓을 수 없는 연구개발 과제다. 특히 5G 시대가 열리면서 가볍고 작지만 인터넷(IoT) 기기에 대한 수요가 늘어 배터리 기술 개발 속도는 더 빨라질 것으로 예상된다.20년 전 우리가 상상도 못했던 손바닥 속의 인터넷 세계가 일상화됐듯이 오늘날 우리가 상상만 하고 있는 100% 전기로 움직이는 자율주행차, 전기로 하늘을 나는 비행기, 인공위성 등도 곧 현실이 될 것이다. 이 모든 것을 움직이는데 꼭 필요한 것은 무엇일까? 더 작고 더 가벼운 에너지, 즉 ‘구조전지(structural battery)’다.배터리와 구조물의 하중을 하나로 하는 구조 전지
이런 에너지 기술과 관련해 좋은 소식이 들려왔다. 지난 2021년 1월 <첨단에너지 & 지속가능성연구(Advanced Energy & Sustainability Research)> 저널은 스웨덴 차머스 공과대학(Chalmers University of Technology) 연구팀이 “구조전지” 연구개발에 성공했다고 발표했다.구조전지란 기계적 결함이 없고 전기화학에너지 저장시스템에서 작동할 수 있는 다기능 재료 또는 구조를 말한다. 배터리와 구조물의 하중 중 하나로 만드는 구조전지는 작동하는 제품의 중량을 줄이는 데 도움이 된다. 시스템 효율성을 향상시킬 잠재력을 가지고 있어 전기를 사용하는 많은 기기에 사용될 것으로 예상된다. 그럼, 이 구조전지는 어디에 사용할 수 있는 것일까?
구조 전지, 우리의 일상에서 어디까지 활용할 수 있을까.
구조전지는 별도의 배터리 하중이 들어가지 않기 때문에 스마트폰, 가전제품처럼 우리가 일상적으로 사용하는 가전 기기는 물론 전기 자전거, 전기 자동차 등 비교적 무게가 많이 나가는 이동 수단까지 다양한 분야에서 사용될 것이다.그중에서도 특히 전기차에 유용하다고 많은 사람들이 입을 모은다. 오늘날 개발된 전기 자동차에서 배터리는 전기를 저장하는 용도로만 사용된다. 만약 차를 구성하는 구조에 재료 전기를 저장할 수 있다면? 전력량은 많아지고 무게는 가벼워지고 연비는 좋아질 것이다.” 오늘날 석유 에너지보다 더 효율적일 수 있으며 구조전지는 인체 근력증강용 착용형 로봇 복합재 슈트나 고효율 구조전지 드론, 초소형 전기차와 무인 전기차, 웨어러블 기기, 전기 비행기 및 인공위성 등에도 사용될 수 있을 것으로 보인다.
한국 구조전지 연구, 어떻게 진행되고 있을까?
최근 들어 기후변화를 막기 위해 신재생에너지를 보급하려는 전 세계의 노력으로 관련 기술에 대한 연구와 투자가 증가하고 있다. 기후변화를 막으면서 에너지를 확보하려는 우리 세대의 노력은 전기에너지, 그 중에서도 배터리에 관한 연구개발에 박차를 가하는 추세다.우리 나라에서도 향후의 산업에 밀접한 관계가 있다고 예측되는 전지에 많은 관심을 가져, 계속적으로 연구 개발에 투자하고 있다. 특히 저비용과 고성능 나노구조 연료전지 촉매를 개발하고 있는데, 최근 잦은 전기차 배터리 폭발사고 등과 관련해 불길 속에서도 작동하는 바이폴라 전고체 리튬전지를 개발하는 등 다양한 연구를 진행하고 있다.이외에도 NTIS가 서비스하는 ‘이슈 로보는 R&D’에서 국가 연구개발 예산으로 구성된 구조전지에 관한 연구과제의 현황을 자세히 볼 수 있다. 주요 연구과제는 96건, 이들 과제에 투입된 연구비는 315억5,000만원이었고, 그 결과 논문 163건, 특허 74건의 성과를 거뒀다.구조전지 연구는 ㈜한길, ㈜에스컴텍, ㈜팔복인더스트리, 전자부품연구원, 한국과학기술연구원 등 기술기업 및 국가연구기관을 비롯한 다양한 기관에서 이루어지고 있다(2020년 연구비 기준). 이들 연구기관에서는 탄소나노섬유(CARBON NANO FIBER), 리튬이온전지(LITHIUMION BATTERY), 라미네이트(LAMINATE), 안전성(SAFETY), 리튬이차전지(LITHIUM SECONDARY BATTERY) 등을 중심으로 구조전지에 대한 연구를 계속하고 있다(이슈로 언급).
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