[Tech 스토리] 배터리 안전과 수명 책임지는 '전해액'

기사입력 : 2020년12월06일 09:22

최종수정 : 2020년12월06일 09:22

전해액 3요소, 리튬염‧유기용매‧첨가제
리튬이온을 이동을 돕는 '베트스 드라이버'
고체 전해질 연구도 활발...2025년 이후 상용화 전망

[편집자주] 기업들의 신기술 개발은 지속가능한 경영의 핵심입니다. 이 순간에도 수많은 기업들은 신기술 개발에 여념이 없습니다. 기술 진화는 결국 인간 삶을 바꿀 혁신적인 제품 탄생을 의미합니다. 기술을 알면 우리 일상의 미래를 점쳐볼 수 있습니다. 각종 미디어에 등장하지만 독자들에게 아직은 낯선 기술 용어들. 그래서 뉴스핌에서는 'Tech 스토리'라는 고정 꼭지를 만들었습니다. 산업부 기자들이 매주 일요일마다 기업들의 '힙(hip)' 한 기술 이야기를 술술~ 풀어 독자들에게 전달합니다.

[서울=뉴스핌] 이윤애 기자 = 최근 전기차 화재로 배터리의 안전성 문제가 불거지며 리튬이온 배터리에서 분리막과 함께 안전을 책임지는 '전해액'에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 오늘은 전해액에 대해 알아보겠습니다.

◆ 전해액은 무엇인가

우선 전기차에 사용되는 리튬이온 배터리의 원리와 구성 요소를 살펴볼 필요가 있습니다. 리튬이온 배터리는 양극재, 음극재, 분리막, 전해액으로 구성돼 있습니다.

배터리 내에서 양극(+)과 음극(-) 물질은 '산화환원 반응'을 통해 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 역할을 하고 전해액은 리튬이온이 양극과 음극을 오가면서 충방전을 가능하도록 합니다.

한마디로 전해액은 '리튬이온을 빠르고 안정적으로 이동시키는 매개체'로 양극과 음극 사이를 오가는 리튬이온을 위한 베스트 드라이버라고 생각하면 이해가 조금 더 쉽습니다.

[서울=뉴스핌] 이윤애 기자 = [그림=삼성SDI] 2020.12.04 yunyun@newspim.com

이 전해액은 리튬염과 유기 용매, 첨가제로 구성돼 있습니다. 우리가 매일 아침 마시는 커피를 예로 들면, 리튬염은 커피 가루, 유기용매는 물, 첨가제는 시럽으로 이를 섞으면 커피, 즉 전해액이 됩니다.

이중 리튬염은 리튬이온이 이동할 수 있는 통로의 역할을 합니다. 때문에 용매에 쉽게 용해되거나 해리(화합물이 이온으로 분리되는 현상)가 잘 돼야 하며 이렇게 해리된 이온들이 잘 이동할 수 있어야 합니다. 보편적으로 적용되는 리튬염은 LiPF6(리튬·인산·불소로 구성)로 이온 이동도, 용해도, 화학적 안정성이 다른 염에 비해 우수하다고 평가됩니다.

염을 용해시키는 액체, 유기 용매(Organic Solvent) 는 리튬염을 잘 용해시켜 리튬이 원활하게 이동할 수 있도록 돕습니다. 유기 용매는 이온 화합물을 잘 분리시킬 수 있도록 리튬염에 대한 용해도가 커야 하며 리튬의 원활한 이동이 쉽도록 점도가 낮아야 합니다.

중요한 점은 리튬은 수분을 만나면 급격한 반응을 일으키기 때문에 전해액의 용매는 물과 반응하지 않는 소재를 사용합니다.

마지막으로 첨가제는 특정한 목적을 위해 소량으로 첨가되는 물질을 말합니다. 전해액에서 차지하는 절대적인 함량은 적지만 수명개선, 고온특성 개선, 저항 감소 등의 전해액 전체 시스템에서 핵심적인 역할을 수행합니다.

양극용과 음극용으로 나뉘는데 양극 보호 첨가제는 열화를 억제하면서 발열을 개선시키거나 과충전을 방지하고 음극용 첨가제는 수명을 향상시키고 배터리 용량을 유지하는 역할을 담당합니다.

◆ 고체 전해질도 있던데...

올해 초 삼성SDI가 전고체 배터리 관련 기술을 발표하며 전해'질'에 대한 관심도 높아졌습니다.

현재 전기차용으로 가장 많이 사용하는 리튬이온 배터리는 액체 상태의 전해액을 사용합니다. 하지만 전고체 배터리는 고체 상태의 전해질로 바꿉니다. 이 경우 고체 전해질이 분리막의 역할까지 대신해 분리막을 사용하지 않게 된다고 합니다.

[서울=뉴스핌] 이윤애 기자 = [그림=삼성SDI] 2020.12.04 yunyun@newspim.com

전 세계가 가장 집중한 부분은 안전성이 크게 개선된다는 점입니다. 최근 전기차 화재 사건에서 얘기 됐듯이 액체 전해질은 온도 변화로 인한 배터리의 팽창, 외부 충격에 의한 누액 등 배터리 손상 시 화재 및 폭발 위험성 있습니다.

반면 전고체 배터리에서는 배터리 내에서 유일한 액체인 전해액을 고체로 바꾸면서 소재 모두 불연성 고체가 됩니다. 화재, 폭발 위험성이 크게 낮아질 것이란 기대가 나오는 이유죠.

◆ 전해액 시장, 2025년까지 연 평균 42% 성장

고체 전해질을 사용하는 전고체 배터리 기술 개발을 위해 전 세계 완성차와 배터리업계가 매진하고 있지만 상용화까지는 기다림이 필요합니다. 전문가들은 2025년 이후가 될 것이라고 전망합니다.

[서울=뉴스핌] 이윤애 기자 = [표=SNE] 2020.12.04 yunyun@newspim.com

그 사이 전해액 시장은 세계 전기차 시장의 급성장과 발 맞춰 빠르게 커갈 것으로 기대됩니다. 에너지 시장조사업체 SNE리서치에 따르면 2차전지 전해액의 시장 수요는 2025년까지 연평균 42% 성장해 지난해 13만5000톤에서 2025년 약 109만3000톤까지 늘어날 전망입니다.

스마트폰, 노트북 등에 사용되는 소형 전지와 전기차에 들어가는 중대형 전지용 전해액 비율을 나눠본다면 지난해 34대 66에서 2025년 6대 99 수준으로 바뀔 것으로 보입니다.

yunyun@newspim.com

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메타, AI 데이터센터 구축 270억달러 조달 [서울=뉴스핌] 최원진 기자= 미국 메타플랫폼스(NASDAQ: META)가 루이지애나주 리치랜드 패리시에 건설 중인 초대형 데이터센터 '하이페리온(Hyperion)' 프로젝트를 위해 사모펀드 블루아울캐피털(Blue Owl Capital)과 손잡고 270억달러(약 38조 7000억 원) 규모의 자금 조달 계약을 체결했다고 로이터 통신이 21일(현지시간) 보도했다. 이번 거래는 민간 기업의 단일 자금조달 규모로는 역대 최대 규모다. 메타는 프로젝트의 약 20% 지분을 보유하고, 나머지 대다수 지분은 블루아울이 운용하는 펀드가 보유한다. 블루아울은 약 70억달러 현금을 투입했으며, 메타는 그 대가로 약 30억달러의 일회성 현금 배당을 받았다. 하이페리온 데이터센터는 2기가와트(GW) 이상의 연산 용량을 갖춰 대규모 언어모델(LLM) 학습 등 차세대 인공지능(AI) 연산 인프라를 지원할 예정이다. 메타는 현지에 500명 이상을 고용할 계획이며, 시설 임대계약은 4년 기한에 연장 옵션이 포함된 형태다. 월스트리트저널(WSJ)에 따르면 이번 프로젝트에는 블랙록과 핌코 등 글로벌 자산운용사들이 대규모로 참여했다. 블랙록은 전체적으로 약 30억달러 규모의 채권을 인수했으며, 일부는 액티브 하이일드 ETF 등에 편입됐다. 핌코는 약 180억달러어치를 사들이며 최대 투자자로 참여했다. 업계는 이번 메타의 270억달러 조달을 AI 연산력 확보 경쟁의 신호탄으로 보고 있다. 대형 기술기업들이 전 세계적으로 데이터센터와 전력망 확충에 수백억 달러를 쏟아붓는 가운데, 모건스탠리는 메타·구글·아마존·마이크로소프트 등이 올해만 약 4천억달러를 AI 인프라에 투입할 것으로 내다봤다. 오픈AI 역시 26GW 규모의 연산 능력 확보를 위해 1조달러 이상을 투입할 가능성이 제기된다. 메타의 기업 로고 [사진=블룸버그] wonjc6@newspim.com 2025-10-22 09:32

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北, 동북방향으로 단거리 탄도미사일 발사 [서울=뉴스핌] 오동룡 군사방산전문기자 = 북한이 22일 오전 8시10분 경 동북 방향으로 단거리 탄도미사일을 발사했다고 합동참모본부가 밝혔다. 북한의 탄도미사일 도발은 이재명 정부 출범 이후 처음이다. 합참에 따르면, 우리 군은 22일 오전 8시10분경 북한 황북 중화 일대에서 동북 방향으로 발사된 단거리 탄도미사일 수 발을 포착했다. 포착된 북한의 미사일은 약 350km 비행했고, 정확한 제원에 대해서는 한미 정보 당국이 정밀분석 중에 있다고 밝혔다. 북한이 22일 오전 8시10분 경 동북 방향으로 단거리 탄도미사일을 발사했다고 합동참모본부가 밝혔다. 사진은 북한의 단거리 탄도미사일 발사 장면, [사진=조선중앙통신] 2025.10.22 gomsi@newspim.com 합참 관계자는 "한미 정보당국은 북한의 미사일 발사 준비 동향을 사전에 포착해 감시해 왔으며, 발사 즉시 탐지 후 추적하였다"면서 "또한, 미·일 측과 관련 정보를 긴밀하게 공유했다"고 했다. 그러면서 "우리 군은 굳건한 한미 연합방위태세 하에 북한의 다양한 동향에 대해 예의주시하면서, 어떠한 도발에도 압도적으로 대응할 수 있는 능력과 태세를 유지하고 있다"고 밝혔다. 한편, 북한의 단거리 탄도미사일 발사와 관련, 국가안보실은 안보실 및 국방부·합참 관계자 등이 참석한 가운데 '긴급 안보 상황 점검회의'를 개최했다. 국가안보실 관계자는 "북한의 탄도미사일 발사 상황을 실시간으로 파악하고, 관련 상황을 대통령께 보고하면서 상황을 주시해 왔다"면서 "특히 '긴급 안보 상황 점검회의'를 통해 안보실과 국방부 및 군의 대응 상황을 점검하고 한반도 상황에 미칠 영향을 평가했다"고 했다. gomsi@newspim.com 2025-10-22 11:12