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[글로벌-Biz24]글로벌 ‘차세대 배터리’ 개발 박차…칼륨 배터리부터 원자력 재활용까지

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[글로벌-Biz24]글로벌 ‘차세대 배터리’ 개발 박차…칼륨 배터리부터 원자력 재활용까지

美 대학 연구진 ‘칼륨금속배터리’ 개발, 英 원자력 폐기물로 ‘5000년’간 전기생산

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스마트폰과 전기자동차(EV), 에너지저장시스템(ESS)에 이르기까지 배터리 의존도가 높아지면서 더욱 안전하고 효율적인 차세대 배터리 개발이 활발하게 진행되고 있다. 가볍고 충전이 가능한 리튬이온배터리가 태양에너지와 풍력에너지 등을 쉽게 저장해 화석연료가 없는 사회를 앞당기면서 성능과 안정성 고도화에 글로벌 기업과 학계가 적극 나서고 있는 것이다.

미국 렌셀러폴리테크닉대학교(Rensselaer Polytechnic Institute) 기계 공학 및 재료 과학 교수인 니킬 코라트카(Nikhil Koratkar)교수와 연구진이 리튬이온배터리 대신 칼륨금속배터리를 개발했다고 최근 외신은 전했다.

코라트카 (Nikhil Koratkar)교수와 연구진이 국립 과학 아카데미 논문집게 게재한 내용에 따르면 리튬이온배터리는 양극·음극·전해질·분리막 등 4대 핵심 소재로 구성돼 있다. 리튬 코발트 산화물로 만들어진 음극과 흑연으로 만들어진 양극 사이에서 충전 및 방전을 하는 동안, 리튬이온이 이들 두 전극 사이에서 흐르는 방식이다.

이러한 설정에서 리튬 코발트 산화물을 칼륨 코발트 산화물을 대체할 경우 칼륨의 무거운 성질로 배터리 성능이 떨어지게 된다. 대신 연구진은 양극의 흑연을 칼륨으로 바꿨을 때 배터리 성능이 높아지는 것을 발견했다.

다만 칼륨금속배터리의 경우 수상돌기(dendrites)가 생성돼, 이로인해 분리막을 뚫어 화재로 이어질 수 있다는 점을 확인했다. 그러나 연구진은 이 문제도 해결했다.

코라트카 교수는 “야간이나 배터리를 사용하지 않을시 국소의 열을 가해 칼륨원자가 수상돌기를 효과적으로 부드럽게 만들 수 있다”면서 “이 방식을 사용하기 위해선 수상돌기가 치유되는 배터리 관리 시스템을 갖춰야 한다”고 설명했다. 그러면서 “성능 측면에서 (칼륨금속배터리가)전통적인 리튬이온배터리와 경쟁할 수 있다”며 “칼륨금속배터리가 더 효율적이고 안전하게 활용될 수 있다”고 자신감을 나타냈다.

영국에서는 과학자들이 방사성 폐기물을 재활용해 전략을 생산하는 기술을 개발했다고 외신은 보도했다. 10~15년 내에 영국의 대부분의 원자력발전소가 폐쇄될 예정으로, 원자력을 재활용하는 기술 개발이 적극적으로 진행 중이다.

브리스톨대학교(University of Bristol)연구원들이 개발한 핵물질 재활용 기술에 따르면 다량의 흑연을 고방사능 영역에 배치하면 탄소가 방사성 동위원소인 탄소14(14C)로 변하게 된다. 탄소는 원자번호 6으로, 그 동위원소 중의 하나가 바로 탄소14다.

탄소14 동위원소를 가스로 추출해 다이아몬드 구조 내에 저장, 이를 통해 전류 생성이 가능하다는 것이다.

동위원소의 반감기가 5730년인 만큼 그 기간 동안 전력 생산이 가능하다는 설명이다. 즉 무한대로 전력을 사용할 수 있다는 것이다. 동위원소 반감기란 동위원소가 붕괴하여 그 원자의 수가 반으로 줄어드는 데 걸리는 시간이다. 반감기가 지나면 그 방사성 동위원소는 처음에 비해 그 수가 반으로 줄게 된다.

외신은 “이러한 형태의 연구는 지속 가능한 폐기물 관리를 위한 새로운 문을 열게 됐다”라며 “미래를 위해 (원자력발전소)과거를 재활용하게 된 것으로 새로운 역사를 만들었다”고 평가했다.


민철 글로벌이코노믹 기자 minc0716@g-enews.com