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배터리 시장 게임체인저 될까...中 “리튬 대신 칼슘 배터리”

배터리 시장 게임체인저 될까...中 “리튬 대신 칼슘 배터리”

푸단대 연구진, 공기 중 산소로 연료 얻는 배터리 개발실온에서 700회 가까이 안정적으로 충전 가능
배터리 시장 게임체인저 될까...中 “리튬 대신 칼슘 배터리”
리튬에 비해 매장량 2500배인 칼슘
배터리 시장 게임체인저 될까...中 “리튬 대신 칼슘 배터리”
이차 전지 시장에서 새로운 대안으로 부상
배터리 시장 게임체인저 될까...中 “리튬 대신 칼슘 배터리”
[사진출처=연합뉴스]중국 과학자들은 리튬 배터리에 비해 더 저렴하고 지속 가능한 충전식 칼슘 기반 배터리를 개발했다. 칼슘 매장량이 풍부한데다 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있어 배터리 시장에 새로운 게임체인저가 될 지 주목된다.
13일 홍콩 사우스차이나모닝포스트(SCMP)은 중국 푸단대학교 연구팀이 저명 과학저널 ‘네이처’지에 이같은 연구 성과를 발표했다고 보도했다.
연구진에 따르면 이 배터리는 실온에서 700회 가까이 안정적으로 충전 및 방전이 가능하다. 이는 칼슘 배터리 기술로는 처음이다.
연구진은 “칼슘 기반 배터리는 이론적으로 비슷한 에너지 용량을 제공하면서도 리튬 이온 배터리보다 더 저렴하고 안전할 것으로 예상된다”고 밝혔다.
리튬 이온 배터리는 높은 에너지 밀도를 가진 이차전지로, 전 세계적으로 가장 널리 사용되지만 채굴 비용이 비싸고 안정적 공급도 보장할 수 없다는 단점이 있다.
앞서 국제에너지기구(IEA)는 세계적인 탄소중립 추진으로 전기차 수요가 급증하면서 내년까지 리튬이 부족해질 것이라고 전망했다.
이런 가운데 연구팀은 새로운 칼슘 기반 배터리가 리튬 이온 전지에 비해 더 저렴하고 에너지 밀도가 높아 훌륭한 대안이 될 수 있다고 주장했다.
우선 지구상에 풍부한 원소인 칼슘을 사용하기 때문에 경제적이다.
칼슘은 지구 지각에서 다섯 번째로 풍부한 미네랄이며 가장 풍부한 알칼리성 토금속이다. 매장량도 알루미늄(Al)과 철(Fe) 다음으로 세 번째로 많다. 연구팀에 따르면 리튬보다 약 2500배 더 많이 매장되어 있다.
더 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있다는 점도 장점이다. 이차전지는 이온이 전자와 함께 양극과 음극을 이동하면서 충전과 방전이 일어나는데, 이때 이동하는 전자의 수와 양극소재의 특성에 따라 배터리 용량과 전압이 결정된다.
리튬은 이온당 한 개의 전자가 같이 이동하지만 칼슘은 이온당 두 개의 전자가 이동할 수 있는 2가 양이온으로, 이론상 리튬이온 배터리보다 2배의 용량이 가능하며 더 높은 에너지밀도를 구현할 수 있다.
연구팀은 칼슘 기반 배터리 유형 중 칼슘-산소 기반 배터리 개발에 매진했다. 이는 배터리의 연료가 배터리 내부에 저장된 물질이 아닌 공기 중의 산소에서 나오기 때문에 에너지 밀도가 가장 높기 때문이다.
이에 더해 연구팀은 배터리 용량을 제한하는 ‘칼슘 반응’을 일으키지 않는 안정적인 전해질을 개발해 배터리 성능을 높이는 데 성공했다고 밝혔다.
이차 전지에서 전해질은 리튬 이온이 양극과 음극을 잘 이동할 수 있도록 도와주는 역할을 한다.
연구팀은 “연구팀은 배터리의 성능과 용량은 여전히 제한적이지만 추가 연구를 통해 배터리 작동을 개선할 계획”이라며 “본 연구를 통해 다른 재료로 칼슘 배터리를 생산할 수 있는 더 많은 길이 열렸다”고 주장했다.
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