전지(배터리) 기술의 역사와 발전 방향

 

전지(배터리) 기술은 현대 사회에서 에너지 저장, 지속 가능한 에너지 이용을 위해 중요한 역할을 한다. 전지(배터리) 기술의 역사를 통해 미래의 발전 방향을 확인해 보자.

---

 

전지(배터리) 기술의 중요성

 

현대 사회의 필수 에너지원 

전지는 단순한 에너지 저장 장치를 넘어 현대 사회의 핵심적인 역할을 담당하고 있다. 휴대폰, 노트북, 태블릿 등의 다양한 휴대용 전자 기기에 전력을 공급하고 있으며, 전기 자동차 및 하이브리드 자동차 등의 친환경 교통 발전에 기여하고 있다. 의료 기기, 비상 전원 공급 등 의료 및 산업분야와 스마트 그리드 등의 첨단 기술 구현에 필수적인 기술이다. 

 

배터리 기술의 활용

 

에너지 공급 및 저장

 에너지 저장 및 공급 측면에서도 전지의 중요성이 강조된다. 태양광, 풍력 등 재생 에너지 저장 및 활용에 중요한 역할을 하며, 송전 손실 감소, 전력망 안정화 등 에너지 시스템 효율성 향상에도 기여하고 있다. 휴대용 에너지 저장 장치, 스마트 그리드 등 미래 에너지 시스템 구축에도 핵심적인 기술이다.

 

미래 에너지 문제 해결

미래 에너지 문제 해결에도 전지가 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 화석 연료 의존도 감소, 탄소 배출량 감소를 통한 기후 변화 대응에 기여할 수 있으며, 지속 가능한 에너지 사용, 에너지 자립도 향상을 위한 핵심 기술로 주목받고 있다.

 

 

전지(배터리) 기술의 주요 역사

 

전지의 기원

동물전기와 갈바니 18세기 유럽에서 전지의 역사는 시작되었습니다. 이탈리아 의학자 루이지 갈바니는 1780년에 개구리 다리 실험을 통해 동물전기를 발견했습니다. 그는 생체 내에 저장된 전기가 근육을 움직이게 만든다는 결론을 내렸지만, 이는 오늘날 화학전지의 원리와 유사한 현상이었다고 평가됩니다.

 

루이스 갈바니의 개구리 뒷다리 실험

볼타전지

최초의 화학전지 갈바니의 동물전기설에 이의를 제기한 이탈리아 물리학자 알레산드로 볼타는 1794년에 볼타 전지를 만들고 1800년에는 볼타전지를 발명했습니다. 볼타전지는 두 종류의 금속과 전해질을 이용하여 전기를 발생시키는 최초의 화학전지였으며, 이 발명은 전기 시대의 개막을 알리는 중요한 사건이었습니다.

 

볼타 전지 (출처 - 나무위키)

다니엘전지

실용적인 전지의 등장 볼타전지의 결점을 보완하고 실용적인 전지를 개발한 사람은 영국의 물리학자 존 프레더릭 다니엘입니다. 그는 1836년에 다니엘전지를 개발했습니다. 다니엘전지는 양극과 음극의 전해질을 분리하여 지속시간이 긴 전지를 만들 수 있었습니다. 오늘날의 건전지도 기본적인 구조는 다니엘전지와 같습니다.

 

다니엘 전지(출처: 나무위키)

 

건전지의 발명과 발전

다니엘전지 이후에도 전지는 계속 개량되었습니다. 프랑스의 조르주 르클랑셰는 르클랑셰전지를 개발했고, 독일의 카를 가스너는 1888년에 세계 최초의 건전지를 발명했습니다. 같은 시기에 덴마크의 빌헬름 헬레센과 일본의 야이 사키조도 건전지를 발명했습니다.

 

아연 탄소 전지 (출처: 해시넷)

 2차 전지의 등장

1차 전지 이후 59년 후인 1859년, 프랑스 과학자 가스통 플랑테는 세계 최초의 2차 전지인 납축전지를 발명했습니다. 납축전지는 오늘날에도 자동차 배터리로 많이 사용되고 있습니다.

 

납 축전지

전고체 전지

전고체 전지는 기존 리튬 이온 전지의 액체 전해질을 고체 전해질로 대체한 차세대 전지이다. 액체 전해질 대신 고체 전해질을 사용함으로써 안정성, 에너지 밀도, 수명 등에서 개선된 성능을 기대할 수 있다. 

 

전고체 전지는 높은 온도에서 주로 작동하는 무기 고체 전해질 전지와, 낮은 온도에서 작동가능하지만 에너지 밀도가 낮은 고분자 고체 전해질 전지와, 두 전지의 장점을 결합한 혼합 고체 전해질 전지가 있다. 

 

리튬이온 배터리와 전고체 배터리의 차이(출처: [설명환의 it읽기] 배터리 종주국의 반전카드 ‘전고체 배터리’ )

 

표. 전지 기술의 발전 역사

연도	주요 인물 또는 사건	세부 내용
1780년	루이지 갈바니 (이탈리아)	개구리 다리에서 동물 전기 발견(훗날 부정됨)
1800년	알레산드로 볼타 (이탈리아)	볼타전지 발명, 두 종류의 금속과 습기를 이용해 전류 발생
1836년	다니엘 (영국)	다니엘 전지
1859년	플랑테 (프랑스)	납축전지(최초의 2차 전지)
1868년	르클랑셰 (프랑스)	르클라셰 전지(현재의 건전지 원형)
1885년	야이 사키조 (일본)	야이 건전지
1888년	가스너(독일), 헬레센(덴마크)	건전지
1899년	융너 (스웨덴)	니켈-카드뮬 전지(2차 전지)
1900년	에디슨 (미국)	니켈-철전지 (2차 전지)
1907년	페리(프랑스)	아연-공기전지 (1차 전지)
1971년	-	리튬전지 (1차 전지)
1985년	-	리튬이온 전지 (2차 전지)
1989년	-	니켈-수소 전지
2000년	일론 머스크	리튬 이온 전지를 이용한 전기자동차 출시
2023년	전고체 전지	리튬 이온 전지보다 안전하고 에너지 밀도가 높은 전고체 전지 개발

 

 

전지(배터리) 기술의 발전 방향

 

전지 기술 발전은 에너지 밀도 향상, 안전성 확보, 충전 시간 및 전지 용량, 친환경 소재 개발, 가격 경쟁력 확보 등 방향으로 발전이 진행되어 갈 것이다.

 

에너지 밀도를 향상하여 더 작고 가벼운 전지 개발이 필요하다. 또한, 현재 발생하고 있는 전지 폭발 사고에 대한 대책 마련 및 전지의 안정성을 확보해야 할 것이다. 전기 자동차에서도 큰 약점 중에 하나인 전지(배터리)의 충전 시간 및 충전 주기를 보완하기 위한 기술 개발도 진행되어야 한다. 폐 배터리의 처리 문제도 점점 커지고 있어 친환경 소재를 이용한 전지 개발도 고려되어야 하며, 전지 보급 확대를 위해 가격 경쟁력 확보도 필요하다. 

 

이러한 전지 기술의 발전은 전지의 보급 확대를 촉진하고, 미래 에너지 문제 해결에 크게 기여할 것으로 예상된다. 전지 기술의 발전 여파로 전지 산업 또한 빠르게 성장할 것이다. 글로벌 전지 시장 규모는 매년 증가하고 있으며, 다양한 전지 관련 기술 개발 및 투자가 활발하게 진행되고 있다. 이는 새로운 일자리 창출 및 경제 성장에도 기여할 것으로 기대된다.

 

 

---

전지의 종류 및 특성에 관심 있는 사람은 아래의 글을 참고하길 바란다. 

 

관련글 - [Learn/과학공학기술] - 전지의 분류 : 종류 및 특성 비교