[Tech 스토리] 배터리 안전과 수명 책임지는 '전해액'

기사입력 : 2020년12월06일 09:22

최종수정 : 2020년12월06일 09:22

전해액 3요소, 리튬염‧유기용매‧첨가제
리튬이온을 이동을 돕는 '베트스 드라이버'
고체 전해질 연구도 활발...2025년 이후 상용화 전망

[편집자주] 기업들의 신기술 개발은 지속가능한 경영의 핵심입니다. 이 순간에도 수많은 기업들은 신기술 개발에 여념이 없습니다. 기술 진화는 결국 인간 삶을 바꿀 혁신적인 제품 탄생을 의미합니다. 기술을 알면 우리 일상의 미래를 점쳐볼 수 있습니다. 각종 미디어에 등장하지만 독자들에게 아직은 낯선 기술 용어들. 그래서 뉴스핌에서는 'Tech 스토리'라는 고정 꼭지를 만들었습니다. 산업부 기자들이 매주 일요일마다 기업들의 '힙(hip)' 한 기술 이야기를 술술~ 풀어 독자들에게 전달합니다.

[서울=뉴스핌] 이윤애 기자 = 최근 전기차 화재로 배터리의 안전성 문제가 불거지며 리튬이온 배터리에서 분리막과 함께 안전을 책임지는 '전해액'에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 오늘은 전해액에 대해 알아보겠습니다.

◆ 전해액은 무엇인가

우선 전기차에 사용되는 리튬이온 배터리의 원리와 구성 요소를 살펴볼 필요가 있습니다. 리튬이온 배터리는 양극재, 음극재, 분리막, 전해액으로 구성돼 있습니다.

배터리 내에서 양극(+)과 음극(-) 물질은 '산화환원 반응'을 통해 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 역할을 하고 전해액은 리튬이온이 양극과 음극을 오가면서 충방전을 가능하도록 합니다.

한마디로 전해액은 '리튬이온을 빠르고 안정적으로 이동시키는 매개체'로 양극과 음극 사이를 오가는 리튬이온을 위한 베스트 드라이버라고 생각하면 이해가 조금 더 쉽습니다.

[서울=뉴스핌] 이윤애 기자 = [그림=삼성SDI] 2020.12.04 yunyun@newspim.com

이 전해액은 리튬염과 유기 용매, 첨가제로 구성돼 있습니다. 우리가 매일 아침 마시는 커피를 예로 들면, 리튬염은 커피 가루, 유기용매는 물, 첨가제는 시럽으로 이를 섞으면 커피, 즉 전해액이 됩니다.

이중 리튬염은 리튬이온이 이동할 수 있는 통로의 역할을 합니다. 때문에 용매에 쉽게 용해되거나 해리(화합물이 이온으로 분리되는 현상)가 잘 돼야 하며 이렇게 해리된 이온들이 잘 이동할 수 있어야 합니다. 보편적으로 적용되는 리튬염은 LiPF6(리튬·인산·불소로 구성)로 이온 이동도, 용해도, 화학적 안정성이 다른 염에 비해 우수하다고 평가됩니다.

염을 용해시키는 액체, 유기 용매(Organic Solvent) 는 리튬염을 잘 용해시켜 리튬이 원활하게 이동할 수 있도록 돕습니다. 유기 용매는 이온 화합물을 잘 분리시킬 수 있도록 리튬염에 대한 용해도가 커야 하며 리튬의 원활한 이동이 쉽도록 점도가 낮아야 합니다.

중요한 점은 리튬은 수분을 만나면 급격한 반응을 일으키기 때문에 전해액의 용매는 물과 반응하지 않는 소재를 사용합니다.

마지막으로 첨가제는 특정한 목적을 위해 소량으로 첨가되는 물질을 말합니다. 전해액에서 차지하는 절대적인 함량은 적지만 수명개선, 고온특성 개선, 저항 감소 등의 전해액 전체 시스템에서 핵심적인 역할을 수행합니다.

양극용과 음극용으로 나뉘는데 양극 보호 첨가제는 열화를 억제하면서 발열을 개선시키거나 과충전을 방지하고 음극용 첨가제는 수명을 향상시키고 배터리 용량을 유지하는 역할을 담당합니다.

◆ 고체 전해질도 있던데...

올해 초 삼성SDI가 전고체 배터리 관련 기술을 발표하며 전해'질'에 대한 관심도 높아졌습니다.

현재 전기차용으로 가장 많이 사용하는 리튬이온 배터리는 액체 상태의 전해액을 사용합니다. 하지만 전고체 배터리는 고체 상태의 전해질로 바꿉니다. 이 경우 고체 전해질이 분리막의 역할까지 대신해 분리막을 사용하지 않게 된다고 합니다.

[서울=뉴스핌] 이윤애 기자 = [그림=삼성SDI] 2020.12.04 yunyun@newspim.com

전 세계가 가장 집중한 부분은 안전성이 크게 개선된다는 점입니다. 최근 전기차 화재 사건에서 얘기 됐듯이 액체 전해질은 온도 변화로 인한 배터리의 팽창, 외부 충격에 의한 누액 등 배터리 손상 시 화재 및 폭발 위험성 있습니다.

반면 전고체 배터리에서는 배터리 내에서 유일한 액체인 전해액을 고체로 바꾸면서 소재 모두 불연성 고체가 됩니다. 화재, 폭발 위험성이 크게 낮아질 것이란 기대가 나오는 이유죠.

◆ 전해액 시장, 2025년까지 연 평균 42% 성장

고체 전해질을 사용하는 전고체 배터리 기술 개발을 위해 전 세계 완성차와 배터리업계가 매진하고 있지만 상용화까지는 기다림이 필요합니다. 전문가들은 2025년 이후가 될 것이라고 전망합니다.

[서울=뉴스핌] 이윤애 기자 = [표=SNE] 2020.12.04 yunyun@newspim.com

그 사이 전해액 시장은 세계 전기차 시장의 급성장과 발 맞춰 빠르게 커갈 것으로 기대됩니다. 에너지 시장조사업체 SNE리서치에 따르면 2차전지 전해액의 시장 수요는 2025년까지 연평균 42% 성장해 지난해 13만5000톤에서 2025년 약 109만3000톤까지 늘어날 전망입니다.

스마트폰, 노트북 등에 사용되는 소형 전지와 전기차에 들어가는 중대형 전지용 전해액 비율을 나눠본다면 지난해 34대 66에서 2025년 6대 99 수준으로 바뀔 것으로 보입니다.

yunyun@newspim.com

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한-UAE, 포괄적경제동반자협정 체결…원유·무기류 관세 철폐 [세종=뉴스핌] 김기랑 기자 = 한국과 아랍에미리트(UAE)가 29일 포괄적경제동반자협정(CEPA)을 체결했다. UAE는 중동 지역뿐만 아니라 아프리카와 남아시아를 잇는 물류 허브로, 우리 기업들이 세계 각국으로 진출을 확대하는 데 큰 도움이 될 것으로 기대된다. 산업통상자원부는 이날 용산 대통령실에서 양국 정상이 지켜보는 가운데 안덕근 산업부 장관과 타니 빈 아흐메드 알제유디 UAE 대외무역 특임장관이 한-UAE CEPA에 정식 서명했다고 밝혔다. ◆ 무기류 수입 관세 즉시 철폐…원유 수입 관세 3%→0% 양국 CEPA는 지난해 1월 윤석열 대통령의 UAE 국빈 방문을 계기로 본격 추진되기 시작했다. 이후 양국 정부 간 집중적인 협상을 거쳐 같은 해 10월 타결됐다. 정부는 협정문에 대한 법률 검토와 국문본 마련, 법제처 심사 등 정식 서명에 필요한 국내 절차를 진행해 왔다. UAE는 지난해 기준 우리나라의 14위 교역 상대국으로 손꼽힌다. 교역 규모는 2021년 113억달러에서 2022년 195억달러, 지난해 209억달러 등으로 매해 상승하고 있다. 우리는 주로 자동차·전자기기·합성수지 등 공산품을 수출하고, UAE로부터 원유·석유제품·천연가스 등 국내 산업에 필수적인 에너지와 원료를 주로 수입한다. [서울=뉴스핌]윤석열 대통령과 무함마드 빈 자예드 알 나흐얀 아랍에미리트연합국(UAE) 대통령이 29일 서울 용산 대통령실 청사에서 열린 국빈 방한 공식 환영식에서 양국 국기를 든 삼광초등학교 어린이환영단의 환호에 인사하고 있다.[사진=대통령실]2024.05.29 photo@newspim.com CEPA의 주요 내용을 살펴보면, 먼저 양국은 높은 수준으로 상품 시장을 개방하기로 했다. 시장 개방 수준은 품목수를 기준으로 한국 92.5%, UAE 91.2%다. 우리 중동 주력 수출품인 무기류는 대부분 품목이 협정문 발효 즉시 UAE 시장 내 관세가 철폐돼 수출 증대가 기대된다. 압연기·금속 주조기 등 기계류 상당수는 5년 내, 자동차·부품·가전제품 등은 발효 후 최장 10년 이내에 관세가 철폐된다. 특히 향후 성장 잠재력이 큰 전기차·하이브리드차 등 친환경차에 대한 관세도 발효 후 최장 10년 내 철폐된다. 화물·특수차 중에서는 덤프차·적재차량 등에서 상당수 즉시 철폐를 확보해 중동의 건설시장 붐에 힘입은 수출 상승이 전망된다. 이 외 의료기기·화장품 등 공산품뿐만 아니라 우리 주요 농수산물도 관세 철폐 혜택을 받게 된다. 이에 대해 산업부는 "이로써 UAE와 아직 CEPA를 체결하지 않은 미국과 일본, 중국 등 주요 경쟁국과 비교해 우리 기업의 수출 여건을 대폭 개선하게 됐다"고 기대감을 드러냈다. CEPA를 통해 원유 수입 관세도 철폐된다. 양국은 UAE산 원유 수입 관세를 발효 후 10년에 걸쳐 단계적으로 폐지하고, 석유화학 제품의 주 원료인 나프타 수입 관세는 5년에 걸쳐 절반으로 감축하기로 했다. 원유 수입 관세는 3%에서 0%로, 나프타 수입 관세는 0.5%에서 0.25%로 줄어든다. 이를 통해 국내 석유화학 산업의 가격 경쟁력 제고와 국내 물가 안정 효과가 기대된다는 설명이다. ◆ 온라인 게임 서비스 '최초 개방'…처음으로 국경 간 정보 이전 허용 UAE는 다른 나라와의 자유무역협정(FTA)에서는 개방하지 않았던 온라인 게임 서비스를 한국과의 CEPA에서 최초로 개방했다. 이를 통해 중동 지역으로 게임 서비스를 온라인으로 공급하거나 관련 업체가 직접 현지에 진출할 때 우리 기업 활동의 법적 안정성을 확보하게 됐다. 또 우리 의료 기관의 현지 개원과 원격 진료를 허용하고, 산후조리·물리치료 서비스도 개방하기로 했다. 아울러 양국은 이번 CEPA에서 ▲에너지·자원 ▲첨단산업 ▲순환경제 ▲시청각 서비스·공동제작 ▲스마트팜 ▲보건산업 ▲관광 ▲수송 ▲해상운송 ▲디지털경제·무역 ▲귀금속 ▲공급망 ▲경쟁 ▲바이오경제 등 신통상 의제를 포함한 14개 협력 분야를 명시했다. 특히 UAE는 다른 국가들과 기존에 체결한 CEPA와 달리 대체·신재생에너지를 포함한 에너지·자원에 관한 협력을 포함했다. [서울=뉴스핌]윤석열 대통령과 무함마드 빈 자예드 알 나흐얀 아랍에미리트연합국(UAE) 대통령이 29일 서울 용산 대통령실 청사에서 열린 국빈 방한 공식 환영식에서 의장대를 사열하고 있다.[사진=대통령실]2024.05.29 photo@newspim.com 이에 대해 산업부는 "14개 협력 분야를 명시함으로써 양국 간 미래지향적 경제 협력을 가속화하기 위한 포괄적인 경제 협력 체계를 마련했다"고 풀이했다. 또 양국은 CEPA를 통해 통관과 정부 조달, 디지털 무역, 지식재산권 등 양국 간 무역 과정에서 적용되는 무역 규범을 개선했다. 이를 기반으로 양국은 물품 통관에 대한 사전심사 제도를 도입함으로써 수출기업의 예측 가능성을 높이고, 비용 절감을 도모할 수 있게 됐다. 또 세계무역기구(WTO) 정부 조달 협정 비가입국인 UAE와 주요 중앙정부기관의 조달 시장을 개방하고, 투명성·비차별성 원칙이 반영되도록 했다. 디지털 무역과 관련해 UAE는 자국 최초로 국경 간 정보 이전을 허용했다. 이 규정을 통해 UAE에 진출한 우리 기업들은 현지에서 수집한 정보를 국내로 이전할 수 있게 됐다. 아울러 높은 수준의 지재권 보호 규범을 도입해 우리 기업의 저작권·상표 침해에 대해 효과적인 대응 조치가 가능하도록 했다. 앞으로 정부는 이날 서명된 CEPA의 후속조치를 속도감 있게 추진해 이른 시일 안에 비준동의안을 국회에 제출할 계획이다. 양국은 CEPA 비준과 발효를 위한 자국 내 법적 절차를 완료한 후, 이를 증명하는 서면 통보를 교환하게 된다. 이후 한-UAE CEPA는 서면 통보 접수일 후 두 번째 달의 첫 번째 날에 발효된다. rang@newspim.com 2024-05-29 14:04

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삼성전자 노조 '창사 첫 파업' 선언...다음달 7일 '단체 연차 사용' [서울=뉴스핌] 김정인 기자 = 전국삼성전자노동조합(전삼노)이 1969년 삼성전자 창사 이래 첫 파업에 나선다. 전삼노는 29일 오전 11시 서울 서초구 삼성전자 서초사옥 앞에서 기자회견을 열고 "사측의 일방적인 사측의 교섭 결렬을 이유로 즉각 파업에 나선다"고 밝혔다. 전국삼성전자노조 조합원들이 29일 삼성전자 서초사옥 앞에서 파업을 선언하고 있다. [사진=김정인 기자] 손우목 전삼노 위원장은 "노조가 여러 차례 문화행사를 진행했음에도 사측은 지난 28일 아무런 안건도 없이 교섭에 나왔다"며 "이 모든 책임은 노동자를 무시한 사측에 있다. 이 순간부터 즉각 파업을 선언한다"고 밝혔다. 전삼노는 '일한 만큼 공정하게 지급하는 것'이 가장 큰 요구사항이라는 입장이다. 손 위원장은 "우리가 원하는 것은 임금 1~2% 인상이 아니다. 일한 만큼 공정하게 지급하라는 것"이라며 "성과금을 많이 달라는 이야기가 아닙니다. 제도 개선을 통해 투명하게 지급해 달라는 것"이라고 했다. 그러면서 "이는 삼성전자만의 처우개선이 아닌 삼성그룹 계열사와 협력사, 한국의 노동계에 영향을 미치는 것"이라고 강조했다. 전삼노는 삼성전자 서초사옥 앞에서 버스를 이용해 24시간 농성을 이어간다. [사진=김정인 기자] 전삼노는 총파업까지 단계를 밟아나가겠다며 다음달 7일, 조합원 2만8400명의 단체 연차 사용을 통해 첫 파업을 시작하겠다는 입장이다. 또 삼성전자 서초사옥 앞에서 24시간 농성을 이어갈 방침이다. 삼성전자와 전삼노는 지난 1월부터 임금협상을 위한 교섭을 이어왔지만 입장차는 좁혀지지 않았다. 노조는 결국 중앙노동위원회의 조정 중기 결정과 조합원 찬반 투표 등을 거쳐 지난달 합법적 쟁의권을 확보했다. 이후 지난 28일 임금협상을 위한 8차 본교섭을 진행했으나 사측 인사 2명의 교섭 참여를 두고 입장차가 발생했다. 업계에서는 메모리 업턴을 기대하는 중요한 시점에서 노사 갈등 장기화로 '노조 리스크' 우려에 대한 목소리가 나오고 있다. 이에 대해 노조 측은 "사측은 최근 10년 내내 위기라고 외치고 있다"며 "위기라는 이유만으로 노동자가 핍박받아서는 안 된다"고 했다. kji01@newspim.com 2024-05-29 13:27