| ▶ 전지동향 |
| 1. 전지개요 전지(Battery)는 화학에너지를 전기화학적 산화, 환원반응에 의해 전기에너지로 변환하는 장치로서, 1차전지와 2차전지, 연료전지 그리고 광에너지를 전기에너 지로 변환시켜주는 태양전지등이 있으며, 크게 대분류하면 화학전지와 물리전 지로 분류하게 된다. 전지는 1794년 이탈리아의 Volta에 의하여 세상에 알려졌으며, 모든전지는 양극 (cathode or positive electrode)과 음극(anode or negative electrode)이라는 활물 질들을 가지고 있고, 분쇠막(Separator)에 의해 분리되어 있으며, 전해질이 있어, 양극과 음극사이의 이온전달을 가능케하여 산화와 환원반응을 일으키게 된다. 2. 전지의 분류 ①원리별 분류
②화학전지의 분류
3.전지의 역사
4.전지별 특성 ① 1차전지 화학에너지를 전기에너지로 변환시키는 전지로서, 화학변화 과정이 비가역적 이거나, 가역적이라도 충전이 용이하지 않은 전지이다. 즉 전지속의 에너지가 소진되면 버리는 1회용 전지를 의미한다. ▶ 망간건전지 : 1868년 프랑스 르클량셰에 의해 발명된 역사가 오래된 전지 로서, 고부하, 고용량화용에 적합한 전지 - 주요재료 정극재료 : 이산화망간 부극재료 : 아연 전해액 : 물 전해질 : 염화암모늄, 염화아연 분리막 : 크라프트지 ▶ 알카리망간건전지 : 전지용량이 크고 내부저항이 적어서 부하가 큰 장시간 사용에 적합한 전지이며, 원통형과 코인형으로 분류된다. - 주요재료 정극재료 : 이산화망간 부극재료 : 아연 전해액 : 수산화칼륨 수용액 전해질 : 수산화칼륨, 수산화나트륨 세퍼레이터 : 부직포(폴리오레핀, 폴리아미드계) ▶ 수은전지 : 1942년 미국의 루벤에 의해 발명되었고, 미국의 PR 말로리사에 의해 생산된 아연을 음극으로 하는 일차전지 가운데서 대단히 높은 에너지 밀도와 전압 안정성으로 60∼70년대 소형전자기기의 주전원으로 사용하였 으나, 수은의 유해성으로 80년대이후 사용을 억제하는 분위기임. - 주요재료 정극재료 : 산화수은 음극재료 : 아연 전해액 : 수산화칼륨 또는 수산화나트륨 수용액 세퍼레이터 : 비닐론이나 알파화 펄프계 ▶ 산화은전지 : 1883년 프랑스의 클라크와 독일의 돈, 하스랏샤에 의해서 발 표되고, 1940년대 군사용 1960년대 민생용으로 개발된 전지로서, 평탄한 방전전압과 소형 뛰어난 부하특성으로 손목시계의 전원으로 사용되고 있다. - 주요재료 정극재료 : 산화은(Ag2O) 부극재료 : 아연 전해액 : 수산화칼륨 또는 수산화나트륨 수용액 세퍼레이터 : 비닐론이나 알파화 펄프계 ▶ 리튬1차전지 : 리튬1차전지는 60년대들어 미국의 NASA에서 우주개발용 전 원으로 연구개발된 고에너지 밀도의 전지로서, 오늘날 본격적으로 실용화 가 되고 있는 것은 플루오르화 흑연·리튬전지와 이산화망간·리튬전지이다. - 주요재료 ·정극재료 : 플루오르화 흑연, 이산화망간에 탄소 결착 부극재료 : 리튬 전해액 : r-부칠락톤, 1,2디메특시 에탄의 혼합 유기용매에 보론플루오 로와 리튬의 전해질을 용해시킨 액체 · 세퍼레이터 : 폴리프로필렌, 올레핀계 부직포 ▶ 공기아연전지 : 19세기말부터 20세기초에 걸쳐 거치형 공기전지가 개발되어 항로표지용 전원이나 각종 통신기기에 사용되었으며, 단추형으로는 의료기(보청기)용도로 사용하고 있으며, 고에너지 밀도와 큰 전기용량, 평탄 한 방전특성을 갖고 있다. - 주요재료 정극재료 : 공기중의 산소 부극재료 : 아연 · 전해액 : 수산화칼륨 수용액 세퍼레이터 : 폴리오레핀, 폴리아미드계 부직포 ② 2차전지 화학에너지와 전기에너지간의 상호변환이 가역적이어서 충전과 방전을 반복할 수 있는 전지를 의미하며, 특히 소형2차전지는 휴대폰, 노트북컴퓨터, 캠코더, PDA, 전동공구등에 전원으로 사용된다. 2차전지로는 납축전지, 니켈카드뮴전지, 니켈수소전지, 리튬이온전지, 리튬이온폴리머전지등이 현재 사용되고 있다. ▶ 납축전지 : 1859년에 발명된 전지로서, 대부분의 자동차 기초전원으로 이용되고 있으며, 싼값으로 제조가능하고 넓은 온도조건에서 고출력을 낼 수 있다. 납축전지는 안정된 성능을 발휘하나 비교적 무겁고 에너지 저장밀도가 높지 않다. - 주요재료 정극재료 : Pbo2 부극재료 : Pb 전해질 : H2SO4(수용액) - 작동전압 : 1.9V ▶ 니켈카드뮴전지 : 1899년에 발명되고 1960년대에 밀폐형 니켈카드뮴전지 양산기술이 확립되어, 철도차량용, 비행기 엔진 시동용등을 비롯하여 고출력이 요구되는 산업 및 군사용으로 널리 이용되고 있으며, 밀폐형의 경우에는 전동공구 및 휴대용 전자기기의 전원으로 사용되었으나, 메모리 효과 와 유해한 카드뮴 사용으로 인해 점차 사용을 기피하고 있는 추세이다. - 주요재료 정극재료 : NiooH 부극재료 : Cd 전해질 : KOH(수용액) - 작동전압 : 1.2V ▶ 니켈수소전지 : '90년에 실용화하여 '92년에 대량 생산이 개시된 2차전지이며, 니켈카드뮴전지와 동작전압이 같고 구조적으로도 비슷하지만 부극에 수소흡장합금을 채용하고 있어, 에너지밀도가 높다. 현재 전기자동차용으로 각광받고 있다. - 주요재료 정극재료 : NiooH 부극재료 : MH 전해질 : KOH(수용액) - 작동전압 : 1.2V ▶ 리튬이온전지 : '91년 소니 에너지테크가 개발한 2차전지로서, 리튬금속을 전극에 도입한 관계로 안전성면에서는 불완전한 형태로, 보호회로를 채용 해야 한다. 리튬이온전지는 높은 에너지 저장밀도와 소형, 박형화가 가능하며 소형 휴대용기기의 전원으로 채용이 본격화되고 있다. - 주요재료 정극재료 : Li산화물(코발트산리튬, 망간산리튬, 니켈산리튬) 부극재료 : C 전해질 : Li-salf(유기용액) - 작동전압 : 3.6V ▶ 리튬이온폴리머전지 : 리튬이온전지와 유사하나 리튬이온전지의 전해액을 고분자물질로 대체하여, 안정성을 높인 것이 다른점이며, 원천기술을 만든 곳은 미국의 베일런스와 벨코어사등 벤처기업이다. 장점으로는 안전하고, 모양을 자유자재로 만들 수 있다. 5. 차세대 2차전지산업 1. 개 요 차세대 2차전지중 대표적인 리튬이온전지는 '80년대에 연구가 시작되어 10여년이 지난 '91년도에 일본의 Sony Energy Tec에서 상용화 보급에 성공한 환경친화적 첨단제품으로서, 극히 일부 선진국에서만 개발 생산되고 있는 3대 핵심 전략부품산업의 하나이며, 선진국에서는 "반도체는 인간의 두뇌", "디스프레이는 인간의 눈", "2차전지는 인간의 심장"으로 구분하여 국가기간산업으로 집중 육성하고 있는 국가적 주력제품으로서 일본의 Sony 경우 "명성은 전자에서 얻고, 돈은 2차전지에서 번다"고 할 정도의 고부가가치 수출전략상품이다.
또한 차세대 2차전지산업은 화학, 물리, 전기, 전자, 재료, 금속등 분야가 집약된 첨단기술제품으로서 광범위한 응용기술이 필요하며, 학문적이론과 연구실험이 계속 뒷받침 되어야만 고용량, 고성능화를 달성할 수 있는 특성을 가지고 있는 첨단기술제품임. 2. 특 징 - 전지산업은 전원을 필요로 하는 모든 휴대용정보통신기기, 전자, 전기기기, 가전제품등에 필수적으로 사용되는 완제품기기의 기간산업으로서 완제품을 전방산업으로 소재, 부품산업을 후방산업으로 하는 중간산업으로서, 폭넓은 산업연관 효과를 증대시키면서 독자적인 판매도 가능한 산업이며, 국가적으로는 에너지산업이기도 한 중요기간산업이며, - 차세대 2차전지산업은 주요 선진국에서 국가적으로 집중 육성하고 있는 고부가가치산업으로서, '91년도에 들어와 상용화된 첨단기술제품인 리튬이온 2차전지의 경우, 일본이 세계시장을 석권하고 있는 주요 수출전략상품이기도 하다. - 차세대 2차전지는 개발에서 최소한 8∼10년이상 소요되며, 연구개발투자 업체당 약 300억원이상 소요되는 첨단기술분야로서, 최소의 양산자금이 약 1,000억원(100만셀/월)이상 투자되어야 하는 자본집약형 장치산업으로 일본의 경우도 10여년이상 연구끝에 상용화에 성공하였다. 3. 발전전망
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