[미래의 리튬 배터리 에너지 밀도는 현재보다 1.5배에서 2배까지 높아질 수 있으며, 이는 배터리 크기가 더 작아질 것임을 의미합니다.]
리튬 이온 배터리 원가 절감 범위는 최대 10%에서 30% 사이입니다. 가격을 절반으로 낮추기는 어렵습니다.
스마트폰부터 전기차까지, 배터리 기술은 점차 우리 삶의 모든 영역에 스며들고 있습니다. 그렇다면 미래의 배터리는 어떤 방향으로 발전할 것이며, 사회에 어떤 변화를 가져올까요? 이러한 질문들을 염두에 두고, 퍼스트 파이낸셜 기자는 지난달 리튬 이온 배터리 공로로 노벨 화학상을 수상한 일본 과학자 요시노 아키라를 인터뷰했습니다.
요시노는 향후 10년 동안에도 리튬 이온 배터리가 배터리 산업을 주도할 것이라고 전망했다. 인공지능과 사물인터넷 같은 신기술의 발전은 리튬 이온 배터리의 활용 전망에 "상상할 수 없는" 변화를 가져올 것이라고 덧붙였다.
상상할 수 없는 변화
요시노 아키라는 '휴대용'이라는 용어를 접하면서 사회에 새로운 배터리가 필요하다는 것을 깨달았습니다. 1983년, 세계 최초의 리튬 배터리가 일본에서 탄생했습니다. 그는 세계 최초로 충전식 리튬 이온 배터리 시제품을 제작했으며, 이후 스마트폰과 전기 자동차에 널리 사용되는 리튬 이온 배터리 개발에 크게 기여했습니다.
지난달 아키라 요시노는 금융저널리스트 1호와의 단독 인터뷰에서 노벨상 수상 소식을 접한 후 "별다른 감정이 없었다"고 밝혔습니다. 그는 "이후 여러 인터뷰 일정이 겹쳐 너무 바빠서 기뻐할 겨를이 없었다"며, "하지만 12월 시상식이 다가올수록 수상의 실감이 점점 더 강해지고 있다"고 말했습니다.
지난 30년간 일본 또는 일본 학자 27명이 노벨 화학상을 수상했지만, 아키라 요시노를 포함해 기업 연구원으로서 수상한 사람은 단 두 명뿐입니다. 아키라 요시노는 퍼스트 파이낸셜 저널리스트와의 인터뷰에서 "일본에서는 연구기관이나 대학 소속 연구원들이 주로 상을 받고, 기업 소속 연구원으로서 수상한 경우는 드물다"고 말했습니다. 그는 또한 산업계의 기대치를 강조하며, 기업 내에 노벨상급 연구가 많이 이루어지고 있지만 일본 산업계가 리더십과 효율성을 향상시켜야 한다고 주장했습니다.
요시노 아키라는 인공지능과 사물인터넷 같은 신기술의 발전이 리튬이온 배터리의 응용 전망에 "상상할 수 없는" 변화를 가져올 것이라고 믿습니다. 예를 들어 소프트웨어의 발전은 배터리 설계 과정과 신소재 개발을 가속화하고, 배터리 사용 환경에 영향을 미쳐 최적의 조건에서 배터리를 사용할 수 있도록 할 수 있습니다.
요시노 아키라 씨는 자신의 연구가 지구 기후 변화 문제 해결에 기여할 수 있다는 점에 매우 큰 관심을 갖고 있습니다. 그는 퍼스트 파이낸셜 저널리스트와의 인터뷰에서 수상 이유로 두 가지를 꼽았습니다. 첫째는 스마트 모바일 사회 발전에 기여한 것이고, 둘째는 지구 환경 보호에 중요한 수단을 제공한 것이라고 밝혔습니다. "환경 보호에 대한 기여는 앞으로 더욱 분명해질 것입니다. 동시에 이는 훌륭한 사업 기회이기도 합니다."라고 요시노 아키라 씨는 금융 기자에게 말했습니다.
요시노 아키라 교수는 메이조 대학에서 강의를 하던 중 학생들에게 지구 온난화 대책으로서 재생 에너지와 배터리 사용에 대한 대중의 기대가 높은 만큼, 환경 문제에 대한 자신의 생각을 포함한 정보를 전달하겠다고 밝혔습니다.
배터리 산업을 주도할 기업은 어디일까요?
배터리 기술의 발전은 에너지 혁명을 일으켰습니다. 스마트폰부터 전기 자동차에 이르기까지, 배터리 기술은 우리 삶의 모든 측면에 스며들어 변화를 가져왔습니다. 미래의 배터리가 더욱 강력해지고 가격이 저렴해질지는 우리 모두에게 영향을 미칠 것입니다.
현재 업계는 배터리의 에너지 밀도를 높이는 동시에 배터리의 안전성을 개선하는 데 주력하고 있습니다. 배터리 성능 향상은 재생 에너지 사용을 통해 기후 변화 문제 해결에도 기여합니다.
요시노 아키라 씨는 향후 10년 동안 리튬 이온 배터리가 배터리 산업을 계속해서 주도할 것이지만, 신기술 개발과 발전으로 산업의 가치와 전망도 더욱 밝아질 것이라고 전망했습니다. 그는 퍼스트 비즈니스 뉴스(First Business News)와의 인터뷰에서 미래의 리튬 배터리 에너지 밀도는 현재의 1.5배에서 2배에 달할 수 있으며, 이는 배터리 크기가 작아질 수 있음을 의미한다고 밝혔습니다. "재료 사용량이 줄어들어 비용이 절감되겠지만, 재료비가 크게 떨어지지는 않을 것입니다."라고 그는 말했습니다. 또한 "리튬 이온 배터리 비용 절감은 최대 10%에서 30% 정도일 것이며, 가격을 절반으로 낮추는 것은 더욱 어려울 것입니다."라고 덧붙였습니다.
미래에는 전자 기기가 더 빠르게 충전될까요? 이에 대해 아키라 요시노는 실험실에서는 휴대전화를 5~10분 만에 완충하는 것이 가능하다고 답했습니다. 하지만 고속 충전에는 높은 전압이 필요하기 때문에 배터리 수명에 영향을 미칠 수 있습니다. 또한 실제 상황에서는 사람들이 특별히 빠른 충전을 필요로 하지 않을 수도 있습니다.
초창기 납축전지부터 도요타와 같은 일본 기업의 주력 제품인 니켈-금속 수소 배터리, 그리고 2008년 테슬라 로스터에 사용된 리튬 이온 배터리에 이르기까지, 전통적인 액체 리튬 이온 배터리는 10년 동안 전력 배터리 시장을 지배해 왔습니다. 앞으로 에너지 밀도와 안전 요구 사항, 그리고 기존 리튬 이온 배터리 기술 간의 모순이 더욱 두드러질 것입니다.
해외 기업들의 실험 및 고체 배터리 제품에 대해 아키라 요시노는 "고체 배터리는 미래의 방향을 제시하는 기술이며, 아직 개선의 여지가 많다고 생각합니다. 조만간 새로운 진전이 있기를 기대합니다."라고 말했습니다.
그는 또한 고체 배터리가 리튬 이온 배터리와 기술적으로 유사하다고 말했습니다. 아키라 요시노는 퍼스트 비즈니스 뉴스 기자에게 "기술 발전을 통해 리튬 이온 배터리의 수영 속도는 궁극적으로 현재 속도의 약 4배에 달할 수 있을 것"이라고 밝혔습니다.
고체 전해질 배터리는 리튬 이온 배터리에 고체 전해질을 사용하는 방식입니다. 기존 리튬 이온 배터리에 사용되는 폭발 위험이 있는 유기 전해질을 고체 전해질로 대체함으로써, 높은 에너지 밀도와 안전성이라는 두 가지 주요 문제를 해결할 수 있습니다. 동일한 에너지 용량에서 기존 전해질을 대체하는 고체 전해질 배터리는 에너지 밀도가 더 높을 뿐만 아니라, 더 강력한 출력과 더 긴 사용 시간을 제공합니다. 이는 차세대 리튬 배터리 개발의 주요 방향입니다.
하지만 전고체 배터리는 비용 절감, 고체 전해질의 안전성 향상, 충전 및 방전 중 전극과 전해질 간의 접촉 유지 등 여러 가지 과제에 직면해 있습니다. 현재 많은 글로벌 자동차 대기업들이 전고체 배터리 연구 개발에 막대한 투자를 하고 있습니다. 예를 들어 도요타는 전고체 배터리를 개발 중이지만, 비용은 공개되지 않았습니다. 연구 기관들은 2030년까지 전 세계 전고체 배터리 수요가 500GWh에 육박할 것으로 예측하고 있습니다.
아키라 요시노와 함께 노벨상을 공동 수상한 휘팅엄 교수는 고체 배터리가 스마트폰과 같은 소형 전자 기기에 가장 먼저 사용될 수 있다고 말했습니다. 그는 "대규모 시스템 적용에는 여전히 큰 문제점이 있기 때문"이라고 설명했습니다.
게시 시간: 2019년 12월 16일