배터리 기술의 발전은 사회에 변혁적인 영향을 끼쳤습니다. 기술이 계속 발전함에 따라 어떤 변화를 기대할 수 있을까요?
배터리를 한 번도 사용하지 않고 하루를 보낸다고 상상해 보세요. 우리가 과연 뭘 할 수 있을까요?
스마트폰, 노트북, 전기 자동차 또는 기타 가전이든, 배터리는 미래를 위한 에너지를 저장할 뿐만 아니라 도구와 놀이기구를 모바일로 사용할 수 있게 해 줍니다. 그리고 전 세계 경제가 지구 온난화 속에서 화석 연료로부터 스스로를 떼어내려고 노력함에 따라, 배터리는 우리 사회에 동력을 공급하는 데 훨씬 더 큰 역할을 할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.
생선에서 최초의 충전재
배터리가 처음에 물고기로부터 영감을 받았다는 것을 알게 되면 놀랄지도 모릅니다. 가오리와 뱀장어와 같은 전기 물고기가 방어와 사냥을 위해 방전을 일으키는 능력은 고대부터 알려져 있었습니다. 하지만 이탈리아의 발명가 알레산드로 볼타(1745–1827)가 이 동물들을 연구한 후 최초의 전기 배터리를 만들었습니다. 그의 1799 볼트 더미는 소금물에 젖은 천으로 분리된 구리와 아연 디스크로 구성되었습니다. 그것은 회로에 작지만 일정한 전류를 공급할 수 있는 최초의 배터리였습니다.
과학자들은 그러한 장치의 유용성을 빠르게 깨닫고 그것의 잠재력을 높이기 위해 서둘렀습니다. 1859년, 프랑스 물리학자 가스통 플랜테 (1834–1889)는 최초의 충전식 배터리인 납축 배터리를 발명했습니다. 이것들은 열차 객차를 비추는 데 사용되었고 오늘날에도 재래식 자동차의 점화 장치에 널리 사용되고 있습니다. 1888년, 독일 의사 Carl Gassner (1855–1942)는 전기 배터리의 초기 형태인 Leclanché 전지를 최초의 아연-탄소 배터리가 된 전지로 개발했습니다. 그것은 액체 용액을 흘리지 않기 때문에 건전지라고 불렸습니다. 이전 제품들보다 훨씬 작은 이 배터리들은 초기 플래시를 작동시켜 소비자 배터리 시대를 도입했습니다.
20세기 초에 처음 개발되어 1950년대에 성공적으로 상용화된 알칼리 전지는 용량이 크게 향상되었습니다. 아연과 이산화망간의 반응을 바탕으로, 일회용 알칼리성 배터리는 원통형과 버튼형으로 사용할 수 있게 되었고 리모컨에서 트랜지스터 라디오에 이르기까지 모든 것에 전력을 공급했습니다. 휴대용 전자 제품의 시대가 시작되어 오늘날의 모바일 장치를 위한 토대를 마련했습니다.
점진적이지만 혁신적
배터리 진화의 다음 단계는 화학 원소 리튬을 발판으로 사용했습니다. 휴대폰과 같은 전자제품의 등장으로, 더 큰 배터리 용량에 대한 필요성이 대두되었습니다. 존 B를 포함한 과학자들의 발명품을 바탕으로 합니다. Goodenough와 Akira Yoshino는 1991년에 충전식 리튬이온(Li-ion) 배터리를 출시했습니다. 그들은 작은 크기와 높은 전압과 전하 저장으로 인해 혁명적인 힘이 되었습니다. 그들은 휴대용 전자제품을 가능하게 했고, 최근에는 전기 자동차도 가능하게 했습니다. 30년 전과 비교하여 현재는 30배 이상 저렴해진 비용으로 인해 정보화 시대와 제로 배기가스 운송에 대한 탐구에서 중요한 기술이 되었습니다.
최근에, Li-ion cell은 사물 인터넷(IoT) 장치의 확산을 부채질했습니다. 예를 들어 NGK 절연체의 EnerCera* 배터리는 IoT 및 스마트 카드 애플리케이션용으로 각각 코인 및 파우치 형식으로 제공되는 고출력 Li-ion 셀입니다. 배터리는 고령 사용자가 침대에서 내리면 간병인에게 알려주는 센서 등 다양한 혁신 웨어러블 기기에 사용할 수 있을 정도로 소형이며 와인병 원통형에 부착할 수 있을 정도로 유연해 업체들이 배송 중 열과 습도를 모니터링할 수 있도록 도와줍니다. 다른 기술에 비해 배터리 개발이 더디긴 했지만 볼 타닉 더미에서 Li-ion 셀로 배터리의 진화는 괄목할 만한 발전과 사회적 변화를 보였습니다. 배터리 역사 전문가이자 매사추세츠주 웰즐리 대학 환경 연구부의 의장인 제이 터너는 업계를 변화시킨 획기적인 발견은 거의 없었다고 말합니다.
"배터리 업계의 혁신은 대부분 기존 기술의 점진적인 개선에 관한 것입니다. 납산, 알칼리 망간 및 리튬 이온 배터리가 그랬습니다."라고 Turner는 말합니다. "성능, 용량 및 안전성이 조금씩 개선되어 시간이 지남에 따라 배터리 성능이 크게 향상되었습니다."
재생 에너지의 확산을 주도
배터리 기술의 혁신은 우리 세계를 계속해서 혁신시키고 있습니다. 오늘날, 대규모 저장 배터리는 전력망의 안정화를 돕고 있으며, 일본과 같은 국가들은 2050년까지 탄소 중립을 달성하기 위한 노력의 핵심 기술로 보고 있습니다. 블룸버그 NEF에 따르면 세계 에너지 스토리지 시장은 2030년까지 매년 30%씩 성장할 것으로 예상됩니다. 재생 가능한 에너지는 탄소 배출을 낮출 수 있지만, 태양이 항상 빛나지 않고 바람이 항상 불지 않는 것을 고려할 때, 일관성이 없을 수 있습니다. Sodium-Sulphur(NAS*) 배터리는 풍력 및 태양열에서 생성된 메가와트 수준의 재생 에너지를 저장하여 이러한 에너지원을 사용할 수 없을 때 사용할 수 있습니다. 정전이 발생하는 동안 이 NAS 배터리의 전기는 수천 대의 가정과 기업에 전력을 공급할 수 있습니다.
NGK Insulators 대변인에 따르면 NAS 배터리를 독특하게 만드는 핵심 구성 요소는 나트륨 이온 전도성을 가진 베타 알루미나 세라믹으로 만들어진 고체 전해질입니다. 이는 높은 효율성을 제공하는 동시에 성능 저하를 최소화하는 데 도움이 있습니다. 지금까지 전 세계적으로 250개 이상의 NAS 프로젝트가 설치되었으며, 총 용량은 4.9 GWh당 700MW입니다.
"NGK는 NGK의 저장 배터리가 태양광 발전과 같은 지속 가능한 에너지와 결합하여 탄소 중립성과 디지털 사회에 기여할 것이라고 강력하게 믿고 있습니다."라고 NGK Insulators의 부사장 이와오 오와다는 말합니다. "NGK는 배터리 제품뿐만 아니라 독특한 NGK 배터리를 사용하여 다양한 서비스를 제공하고자 합니다." 배터리는 우리가 일하고, 살고, 노는 방식을 변화시켰습니다. 기술이 계속 발전함에 따라, 배터리는 재생 에너지에 대한 우리의 의존도를 증가시켜 사회를 더욱 변화시키고 더 지속 가능한 세상을 만드는 데 도움이 될 수 있습니다.
댓글