리튬이온전지는 현대 산업에서 많이 사용되는 재충전 가능한 배터리입니다. 우리가 생활에 사용하고 있는 스마트 폰, 노트북, 카메라 등 전자제품 뿐만 아니라 전기 자동차와 응용분야에서 널리 사용되고 있습니다. 또한 전기차와 하이브리드 자동차에도 널리 사용되고 있습니다.
목차
1. 원리
2. 활용 및 재활용
3. 현대사회에서의 역할
원리
전지화학반응을 통해 에너지를 저장하고 방출하는 이차전지입니다. 이러한 배터리는 양극 와 음극 각각에 리튬 이온을 포함하는 전해질을 사용하고, 이때 양극은 음극보다 리튬 이온을 더 많이 포함합니다. 배터리 충전 상태에서는 양극에는 리튬 이온이 전부 떨어져 있고, 음극에는 리튬 이온이 존재하며, 전해질을 통해 리튬 이온은 양극에서 음극으로 이동합니다. 양극에는 리튬 이온이 이동하며 일종의 산화 반응이 일어나고, 음극에서는 리튬 이온이 이동하면서 환원 반응이 일어납니다. 배터리 방전 상태에서는 양극에는 리튬 이온이 존재하고, 음극에는 리튬 이온이 전부 떨어져 있게 되는데 이때 전해질을 통해 리튬 이온은 음극에서 양극으로 이동하며 양극에는 리튬 이온이 이동하며 환원 반응이 일어나고 음극에서 리튬이온이 이동하며 산화반응이 일어납니다. 이런 과정에서 배터리 내부 전위차이가 발생하는데 차이가 크면 배터리의 에너지 밀도가 높아지는 것입니다. 리튬이온배터리는 전해질, 양극, 음극, 커버, 수용체로 구성되며, 이러한 부품들이 조합되어 리튬 이온 배터리가 만들어지고, 성능과 안정성은 이러한 각 부품들의 선택과 설계에 따라 결정되는 것입니다. 최적의 성능을 얻기 위해서는 각 부품의 조합과 설계가 중요하다고 할 수 있습니다.
활용 및 재활용
리튬 이온 전지는 대표적인 이차전지로 현대 사회에서 가장 많이 사용되는 배터리입니다. 높은 에너지 밀도와 충전 및 방전 시 높은 효율성을 가지고 있어서 다양한 분야에서 활용되고 있습니다. 대표적으로 이동식 전자기기인 태블릿 등에 많이 사용되고 있습니다. 높은 에너지 밀도와 충전 횟수가 많은 특징으로 인해 이러한 배터리는 이동식 전자제품에는 필수적 부품입니다. 전기 자동차에도 필요로 하는 부품이며, 이는 전기 자동차의 주행거리를 연장시키는데 중요한 역할을 합니다. 또한 대규모 저장 시스템, 태양광 발전이나 풍력 발전에서 생산된 전기를 저장하는데 없어서는 안되며, 의료기기의 안정적인 공급과 항공 우주 비행선과 항공기에도 필수적인 요소입니다. 이러한 리튬 이온 전지는 재활용이 가능한 제품으로 자원을 절약하고 환경을 보호하는데에도 매우 중요하게 활용되고 있습니다. 재활용을 통해 리튬, 코발트, 니켈과 같은 유용한 금속을 사용한 전지로부터 회수할 수 있고, 이 금속들은 새로운 배터리를 만드는 데 사용될 수 있는 것입니다. 따라서 자원의 효율적 사용과 환경보호를 위해서는 리튬이온의 재활용이 중요하며 이것은 경제적 이익도 가져오게 되므로 적극적으로 재활용하는 것은 매우 중요합니다.
현대사회에서 역할
현대산업에서 리튬이온 배터리는 모바일기기, 전기 자동차, 태양광 발전 시스템, 에너지 저장장치 등의 분야에서 활용되고 있습니다. 이동성 제품의 사용이 증가함에 따라 리튬 이온 배터리의 중요성 역시 커지고 있습니다. 신재생 에너지 저장장치로 사용되어 대용량 전기를 저장할 수 있고, 빠른 충전 및 방전이 가능하여 신재생 에너지 저장 장치로서도 중요한 역할을 수행하고 있습니다. 전력 효율성이 높기 때문에 재생 가능한 에너지원으로부터 전기를 충전하여, 상용할 수 있기 때문에 에너지 효율화를 실현할 수 있습니다. 또한 가벼운 이동성 제품인 의료용 인공장기, 전술용 무인기에 사용되며 전력 공급이 중요한 환경에서도 안정적인 성능이 보장됩니다. 따라서 현대 사회에서 리튬 이온 배터리는 매우 중요한 역할을 수행하고 있으며, 이를 바탕으로 더욱 발전된 배터리 기술이 개발될 것으로 기대가 됩니다. 하지만 배터리 생산과 폐기에 따른 환경오염과 인간 건강에 대한 영향도 주목할 만한 문제입니다. 전기차 등의 대규모 사용을 위한 리튬이온 전지 생산량 증대는 원료 자원의 고갈과 함께 인류에게 심각한 환경문제를 초래할 가능성이 있고, 이에 대해 지속 가능한 에너지와 자원을 활용한 생산과 연구, 개발이 필요합니다. 마지막으로 안성성을 높이는 기술 개발도 중요합니다. 배터리의 과열, 과충전 등으로 인한 화재나 폭발 사고 소식을 접할 수 있는데 이러한 사고를 예방하고, 전지의 수명을 연장할 수 있는 기술을 개발하는 것이 필요합니다.
정리해 보면 현재 우리가 가장 많은 전자 제품에서 사용되는 가장 일반적인 배터리인 리튬 이온 전지는 이전에 사용하던 배터리 등과 비교하여 높은 밀도, 긴 수명, 빠른 충전 속도, 경량화, 메모리 효과가 없는 등의 이점을 가지고 있고, 최근 몇 년간 전기차의 대중화로 인한 수요가 급증하고 있습니다. 또한 재사용으로 자연환경에 친화적이기 때문에 환경보호와 에너지 절약 측면에서도 의의가 있다고 생각됩니다.
