퓨어 실리콘 배터리 상용화가 의미하는 것은?

 

[관련기사] LG엔솔, 실리콘 100% '퓨어 실리콘' 배터리 상용화 도전…전기차 첫 적용 추진 - 전자신문

기사요약

LG에너지솔루션이 전기차(EV) 배터리용 퓨어 실리콘 기술 상용화에 나선 것으로 알려졌다. 퓨어 실리콘은 흑연과 같은 기존 소재보다 용량이 큰 양극 소재지만 충·방전 시 팽창과 수축으로 인해 시간이 지남에 따라 균열과 분쇄가 발생할 수 있어 전통적으로 사용하기 어려웠다. LG에너지솔루션이 전기차용 퓨어 실리콘 시제품을 개발하고 본격적인 성능 테스트에 나설 계획인 것으로 전해졌다. 또한 퓨어 실리콘의 성능을 향상시키기 위해 소재 기업들과 협력하고 있으며, 전기차에 퓨어 실리콘 배터리를 사용하기 위한 공급망을 개발하고 있습니다. 퓨어 실리콘 기술의 상용화는 전기자동차의 주행거리 및 충전 성능을 향상시킬 수 있으며, 흑연 대비 실리콘의 용량당 비용이 낮아 배터리 가격 경쟁력도 확보할 수 있다.

퓨어 실리콘(pure silicon)이란?

퓨어 실리콘은 다른 물질과 합금되지 않은 실리콘의 한 형태입니다. 이론용량이 4200mAh/g로 흑연과 같은 기존 양극재보다 약 10배 이상 높은 리튬이온 저장용량을 가지고 있어 리튬이온전지의 음극재로 사용되기도 합니다. 이는 리튬 이온 배터리의 에너지 밀도를 개선하기 위한 매력적인 옵션으로, 주어진 부피에 더 많은 에너지를 저장하고 잠재적으로 전기 자동차의 범위를 확장하거나 휴대용 전자 장치의 크기와 무게를 줄일 수 있습니다.

그러나 퓨어 실리콘도 양극 재료로서 몇 가지 문제가 있습니다. 주요 과제 중 하나는 충전 및 방전 중에 크게 팽창 및 수축하여 균열 및 분쇄를 유발할 수 있다는 것입니다. 이로 인해 시간이 지남에 따라 용량 손실 및 배터리 성능 저하가 발생할 수 있습니다. 연구자들은 벌크 실리콘보다 더 고용량이고 더 안정적인 구조를 가진 실리콘 나노입자 또는 실리콘 나노와이어와 같은 다양한 형태의 실리콘을 사용하여 이 문제를 해결하는 방법을 연구해 왔습니다. 또 다른 접근법은 그래핀과 같은 다른 물질과 실리콘을 결합한 하이브리드 물질을 사용하여 성능과 안정성을 향상시키는 것입니다.

이러한 어려움에도 불구하고 연구원들은 많은 충전-방전 주기 동안 용량을 유지할 수 있는 실리콘 기반 양극 개발에 진전을 이루고 있습니다. 일부 회사는 아직 소비자 제품에 널리 사용되지는 않지만 실리콘 기반 양극을 상용화하기도 했습니다. 실리콘은 미래에 리튬 이온 배터리에서 더 큰 역할을 할 가능성이 있지만 남아 있는 문제를 극복하고 실리콘을 널리 사용하기 위한 실행 가능한 옵션으로 만들기 위해서는 더 많은 연구 개발이 필요합니다.

 

퓨어 실리콘 기술 상용화가 시사하는 것은?

 앞서 언급한바와 같이 리튬 이온 배터리의 양극 재료로 퓨어 실리콘을 사용하면 잠재적으로 배터리의 에너지 밀도를 향상시켜 주어진 부피에 더 많은 에너지를 저장할 수 있고 잠재적으로 전기 자동차의 범위를 확장할 수 있습니다. 그러나 퓨어한 실리콘은 충전 및 방전 중 팽창 및 수축을 포함하여 시간이 지남에 따라 균열 및 분쇄를 유발할 수 있는 양극 재료로서 몇 가지 문제가 있습니다. 이들 회사는 이러한 문제를 해결하고 퓨어 실리콘을 전기 자동차 배터리에 사용할 수 있는 실행 가능한 옵션으로 만드는 방법을 개발했을 가능성이 높습니다

이차전지(리튬이온전지라고도 함)에서 퓨어한 실리콘을 음극 재료로 사용하는 것은 잠재적으로 그것을 사용하는 회사에 몇 가지 이점을 가져다 줄 수 있다. 이러한 이점 중 일부는 다음과 같습니다:

향상된 에너지 밀도: 퓨어 실리콘은 흑연과 같은 전통적인 음극 재료보다 용량이 커서 주어진 부피에 더 많은 에너지를 저장할 수 있습니다. 이것은 회사가 더 높은 에너지 밀도를 가진 배터리를 생산할 수 있게 하여 잠재적으로 전기 자동차의 주행 범위를 확장하거나 휴대용 전자제품의 배터리 수명을 증가시킬 수 있습니다.

저렴한 비용: 실리콘은 일반적으로 흑연보다 저렴하므로 퓨어한 실리콘을 음극 재료로 사용하면 잠재적으로 전지 제조 비용을 절감할 수 있습니다. 이것은 그 회사의 제품을 시장에서 더 경쟁력 있게 만들 수 있습니다.

향상된 성능: 회사가 퓨어 실리콘을 사용하는 문제(충방전 시 팽창 및 수축 등)를 극복할 수 있다면, 퓨어 실리콘을 사용하면 시간이 지남에 따라 전지의 성능을 잠재적으로 향상시킬 수 있습니다. 이는 고객 만족도를 높이고 잠재적으로 회사의 명성을 높일 수 있습니다.

지속 가능성 향상: 실리콘은 흑연보다 풍부한 자원이기 때문에 퓨어한 실리콘을 음극 재료로 사용하면 회사의 전지 생산 공정의 지속 가능성을 잠재적으로 높일 수 있습니다.

퓨어 실리콘 기술을 2차전지에 성공적으로 적용할 수 있다면 경험할 수 있는 몇 가지 잠재적 이익에 불과합니다. 그러나, 퓨어한 실리콘 또한 음극 재료로서 몇 가지 과제를 가지고 있으며, 이러한 과제를 극복하고 이러한 이점을 달성하는 것이 어려울 수 있다는 점에 유의해야 합니다.

 

기사원문

LG엔솔, 실리콘 100% '퓨어 실리콘' 배터리 상용화 도전…전기차 첫 적용 추진