[에듀플러스]이공계 진로 특강〈6〉4차산업혁명 핵심기술 이차전지 기술,“사람·사물 연결 에너지 공급…고용량화·고안전성 등 기술적 이슈 남아” - 전자신문

국립중앙과학관·에듀플러스 공동 이공계 특강 지상중계
오지민 한국전자통신연구원 선임연구원 이차전지 기술 주제 강연

Photo Image — <오지민 한국전자통신연구원이 이자천지 기술을 주제로 강연하고 있다.>

〈연재순서〉

①2035년 유망 직업·의공학과 빅데이터

②슈퍼컴퓨터를 활용한 공학 시뮬레이션 세계

③위성군단을 이용한 디지털지구 만들기 대작전

④사이버 세상의 보이지 않는 인프라, 인터넷 기술

⑤멀티모달 인공지능의 대모험:세상 밖으로 나아가다!

⑥4차산업혁명의 핵심기술인 이차전지 기술

⑦초고성능 컴퓨팅으로 풀어나가는 은하 형성의 수수께끼

⑧블랙홀을 추적하는 천문학자들

⑨대한민국 달 궤도선 '다누리'-개발과 여정

⑩핵융합과 1억도 플라즈마의 비밀

“사물인터넷(IoT), 가상물리시스템(Cyber Physical System), 인공지능(AI) 등으로 대표되는 4차 산업은 사람과 주변을 연결하고 융합하는 것이 핵심 키워드 입니다. 애견 로봇, 휴대용 보조 배터리, 노트북, 전기 자동차는 공통적으로 우리 삶을 풍요롭고 편리하게 해 줍니다.”

오지민 한국전자통신연구원(ETRI) 선임연구원은 '4차산업혁명의 핵심기술인 이차전지 기술'을 주제로 한 강연에서 “애견 로봇은 사람의 상태나 기분을 파악하는 상담사 역할과 로봇 주인의 건강 상태를 전달하고 알람을 주는 치료사 역할을 하게 될 것”이라고 말했다.

4차산업 분야의 공통점은 한 곳에 머물러 있지 않고 이동을 통해 이뤄진다는 것이다. 사람과 사물이 연결될 때에도 초기 정지 상태가 아닌 사람, 사물 모두 움직이는 상황에서 이뤄진다. 이차 전지 기술이 더욱 중요해 질 수밖에 없다. 방전만 되는 건전지의 일차 전지와는 달리 충·방전이 된다. 건전지 모양의 원통형 전지, 봉지(파우치) 형태의 전지, 이러한 전지들을 묶어 놓은 팩 등 다양한 형태로 우리 주변 상황에서 4차 산업 혁명의 주요 기술 에너지를 공급한다.

이차전지는 양극, 음극, 전해액, 분리막으로 이뤄져 있고, 양극은 리튬이온 소스로 아파트와 같이 층별로 리튬이온이 들어갔다가 나오면서 배터리 용량과 평균 전압을 결정한다. 음극은 양극에서 나온 리튬이온을 저장했다가 방출하면서 외부회로를 통해 전류를 흐르게 하는 역할을 한다. 분리막은 양극과 음극의 접촉을 차단한다.

전해액은 이온이 원활하게 이동하도록 돕는다. 전기자동차와 같이 큰 에너지를 필요로 하는 경우, 이차전지 팩이라는 형태로 자동차에 탑재된다. 팩은 8~40개의 모듈로 이뤄져 있고, 모듈은 12~48개 셀(이차전지 최소 단위)로 구성됐다. 전기자동차는 팩 성능이 중요하기 때문에, 모듈 혹은 셀에서 조금씩 차이가 나는 성능을 모니터링 하거나 보정하는 일을 배터리관리시스템(BMS)이 담당한다.

이차전지는 고용량화와 고안전성 등 기술적 이슈가 남아 있다. 고용량화는 한 번 충전으로 더 많이 쓰고, 더 멀리 가는 이차전지를 개발하는 것으로, 같은 휴대폰 보조 배터리를 한 달 동안 쓸 수 있다면 편리할 것이다. 고안전성은 불이 나지 않고, 충격에도 강한 튼튼한 이차전지 기술을 말한다.

고용량화를 위해 셀에서는 고용량, 고에너지밀도, 고전압 이차전지용 재료 소재를 개발한다. 팩에서는 같은 공간에 셀을 많이 담을 수 있도록 최적 적재 기술 개발이 진행된다. BMS 동작을 위한 유선 연결을 무선 연결로 전환해 신호의 신뢰성 향상과 추가적 셀 적재 공간 확보로 고용량화를 연구 중이다.

오 선임연구원은 “최근 ETRI는 불이 잘 붙지 않고 안전한 리튬 이차전지 소재를 개발해 보고했다”며 “차세대 이차전지인 전고체전지 기술은 저온 전도 특성이 우수해 알래스카, 우주 환경과 같은 극저온에서도 동작할 수 있는 기술로 큰 기대를 받는다”고 설명했다.

공동기획:에듀플러스·국립중앙과학관