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전지(電池), 전기를 생산하거나 저장하거나 둘 중 하나 - 연료 전지 vs 2차 전지 -

2014.03.17 10:52


 

지난 시간에는 에너지 저장 장치인 ESS에 대해 알아 보았는데요(http://blog.lgcns.com/414). 

오늘은 전지에 대한 세부적인 내용을 살펴보도록 하겠습니다. 전지는 전기를 저장하는 유형에 따라 전기를 직접 충전하는 방식과 물리적∙화학적 에너지로 저장하는 방식으로 구분할 수 있죠. 그 중에서 전기를 화학적 에너지로 저장하는 “2차 전지”와 전기를 직접 생산하는 “연료 전지(Fuel Cell)”에 대해 중점적으로 이야기해 보겠습니다.


※ 기존에 충전이 불가능했던 전지를 1차 전지라고 하고, 충전하여 반복해서 사용할 수 있는 전지를 2차 전지라고 부르며 축전지라고도 합니다.


 

<물의 전기 분해 실험>


혹시 중학교 과학 시간에 “물의 전기 분해”에 대해 배웠던 기억이 나시나요? 유리관에 물을 넣고 전기를 흘려 보내면 수소와 산소로 분리되는 실험이었죠.


<연료 전지의 원리>


연료 전지는 ‘물의 전기 분해’와 반대의 원리가 적용됩니다. 주로 천연가스나 메탄올 같은 연료에서 수소를 뽑은 후 산소와 반응시켜 전기를 만드는 것이죠. 이는 화석 연료를 태워 전기를 발생시키는 기존의 발전 방식과 비교하면 유해가스 배출량이 40분의 1 수준으로 줄일 수 있는데요. 이 때문에 친환경 발전원 기술로 인정받고 있습니다. 또한 한 번 쓰고 버리는 1차 전지나 여러 번 재충전이 가능한 2차 전지와 달리, 별도의 전원 충전 없이 연료 카트리지를 계속 교체하는 한 영구적으로 사용할 수 있는 저공해, 고효율 차세대 에너지원인 것입니다.


<리튬이온 전지의 원리>


2차 전지는 우리가 흔히 알고 있는 ‘충전지’처럼 충전을 통해 반복해서 사용할 수 있는 전지입니다. 즉, 전기를 만드는 것이 아니라 저장만 하는 것이죠. 실제로는 전기 에너지 자체는 저장이 불가능합니다. 그래서 2차 전지는 전기 에너지를 화학 에너지로 바꿔 저장합니다. 기본적으로 전지는 양극과 음극 사이를 이온이 이동하면서 전자의 흐름을 발생시키는 것입니다. 이때 이온이 이동하기 위해서는 물에 녹였을 때 전류가 흐르는 물질인 ‘전해질’이 필요하죠. 그래서 2차 전지에 가장 적합한 전해질을 찾기 위한 개발이 지속적으로 이루어져 왔습니다. 그 중 유기 전해질을 사용하는 리튬이온전지는 안정성이 높고, 에너지 효율이 좋아 2차 전지 시장의 주류로 인정받고 있습니다. 

 

 

<일본의 가정용 연료전지 “ENE∙FARM” 적용 이미지 출처 : Tokyo Gas >


연료 전지 시장은 하이브리드 자동차 개발과 함께 점점 확대되고 있습니다. 더불어 일본의 에네팜(ENE∙FARM)과 같은 가정용 연료 전지의 보급이 증가하고 있으며, 화석 연료 발전소를 대체하는 발전원으로 사용되는 등 그 적용 영역은 점차 넓어지고 있습니다. 최근 인천시는 송도국제도시 내 최대 3만3천㎡ 부지에 60MW급의 친환경 연료 전지 발전소 건설 계획을 발표했는데요. 이는 총 12만 가구에 전력 수급이 가능한 규모이며, 연간 6만t의 이산화탄소 감축 효과를 낼 것으로 기대되고 있습니다.


 

<LG 화학의 2차 전지를 사용한 하이브리드 자동차 >

(출처 : www.newstomato.com)


2차 전지 기술은 노트북과 휴대 전화의 보급으로 빠르게 성장하였고, 전자 기기뿐만 아니라 전기 자동차의 핵심 소재로도 많이 사용되고 있습니다.


하지만 두 기술 모두 실용성 측면에서는 아직 부족한 점이 많습니다. 2차 전지를 사용하는 전기 자동차가 그 예입니다. 소비자들은 여전히 ‘금방 방전되는 것은 아닐까’라는 불안감과 장거리 주행이 어렵다는 것이 불만입니다. 연료 전지 기술도 아직 개발 초기 단계일 뿐인데요. 가격이 매우 높아 상용화에 무리가 있는 형편이죠.


효율적인 에너지 사용, 친환경 에너지 생산을 가능하게 하는 두 전지의 기술 고도화는 앞으로 계속되어야 할 것입니다.



l 글 김강민 l LG CNS 스마트 블로거



Posted by IT로 만드는 새로운 미래를 열어갑니다 LG CNS

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  1. 황성하 2014.10.10 09:42  댓글주소  수정/삭제  댓글쓰기

    <물의 전기 분해 실험> 에서 실험 결과가 뒤바뀐거 같네요...

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