[ 대한민국 희망 프로젝트 ] < 598 > 배터리 4 대 핵심 소재 와 전해액 
 최근 전기 자동차 뿐 아니 라 플러그인 하이브리드 ( PHEV ) , 수소 전기 차 등 이 친환경 미래 차 로 주목 받 고 있 습니다 . 이 들 차량 의 공통점 은 배터리 에 저장 된 전기 로 차량 을 구동 한다는 것 입니다 . 이 때문 에 구동 효율 과 주행 성능 , 안전성 등 의 배터리 기술 이 날로 고도 화 되 고 있 습니다 . 친환경 차 에 주로 쓰이 는 리튬 이온 이 차 전지 ( 배터리 ) 의 ' 4 대 핵심 소재 ' 와 ' 전해액 ' 에 대해서 알아보 겠 습니다 . 
 Q : 리튬 이온 배터리 의 4 대 구성 요소 와 역할 은 무엇 인 가요 ? 
 A : 리튬 이온 배터리 는 양극 ( +) 과 음극 ( -) 간 리튬 이온 이동 을 통해 전기 에너지 를 만들 어 내 는 장치 입니다 . 리튬 이온 배터리 를 이루 는 4 대 구성 요소 는 양극 ・ 음극 ・ 분리 막 ・ 전해액 입니다 . 양극 은 리튬 ( Li ) 과 산소 ( O ) 가 만난 리튬 산화물 ( Li + O ) 로 구성 됩니다 . 충전 시 에 는 양극 을 이루 는 물질 중 에서 리튬 이온 만 쏙 빠져 나와서 음극 으로 옮겨 갑니다 . 또 저장 된 전기 를 빼내 는 방전 시 에 는 리튬 이온 이 원래 살 고 있 었 던 집 인 양극 으로 돌아가 고 , 이 때 전기 가 발생 합니다 . 양극 이 리튬 이온 의 본가 ( 本家 ) 인 셈 입니다 . 음극 은 주로 흑연 으로 만들 어 집니다 . 샤프 나 연필심 에 사용 되 는 그 흑연 맞 습니다 . 흑연 은 마치 종이 가 겹쳐 있 는 것 과 같 은 구조 를 이루 고 있 는데 , 이 를 층상 구조 라 하 고 아파트 를 상상 하 시 면 쉬울 것 같 습니다 . 양극 에서 빠져 나온 리튬 이온 이 이러 한 층상 구조 사이 에 들어가 게 됩니다 . 
 또 배터리 의 양극 과 음극 사이 에 는 분리 막 이 있 습니다 . 분리 막 은 미세 한 구멍 이 있 어 리튬 이온 이 양극 과 음극 을 오갈 수 있 게 합니다 . 하지만 양극 과 음극 의 물리 적 접촉 은 절대로 허락 하 지 않 는 격리 시키 는 역할 도 하 게 됩니다 . 양극 과 음극 이 만나 면 높 은 열 을 발생 하 기 때문 입니다 . 마지막 으로 전해액 은 양극 과 음극 간 이온 이동 을 가능 케 하 는 중간 매개체 로 리튬 이온 의 원활 한 이동 을 돕 는 역할 을 합니다 . 
 Q : 전해액 의 역할 과 구성 은 어떻게 되 나요 ? 
 A : 전해액 은 ' 배터리 내부 의 양극 과 음극 사이 에서 리튬 이온 이 이동 하 도록 매개체 역할 을 하 는 물질 ' 이 라고 정의 할 수 있 는데요 . 양극 과 음극 의 표면 을 안정 화 시키 고 , 배터리 수명 이나 셀 특성 을 향상 시키 는 기능 을 합니다 . 이러 한 전해액 은 크 게 ' 염 ' 과 ' 용매 ' ' 첨가제 ' 로 구성 됩니다 . 우선 염 ( salt ) 은 리튬 이온 이 이동 할 수 있 는 통로 역할 을 합니다 . 현재 업계 에서 흔히 적용 되 는 염 은 LiPF 6 ( 리튬 ・ 인산 ・ 불소 로 구성 ) 입니다 . 기본 적 으로 염 은 유기 용매 에 쉽 게 용해 및 해리 ( 화합물 이 이온 으로 분리 되 는 현상 ) 가 돼야 하 고 해리 된 이온 은 잘 이동 할 수 있 어야 합니다 . LiPF 6 는 이온 이 동도 , 용해도 , 화학 적 안정 성 이 다른 염 에 비해서 우수 합니다 . 
 용매 는 염 을 잘 용해 시켜 리튬 이 원활 하 게 이동 할 수 있 도록 도와 주 는 역할 을 합니다 . 보통 리튬 이온 배터리 속 염 을 용해 시키 는 물질 로 는 EC ( Ethylene Carbonate ) 라는 용매 를 사용 합니다 . 염 을 용해 시키 는 용매 는 몇 가지 요구 되 는 특성 이 있 는데 우선 염 을 잘 용해 시키 기 위해 유전 상수 ( 이온 화합물 을 분리 시켜 주 는 값 ) 가 높 아야 하 고 리튬 의 원활 한 이동 을 위해 낮 은 점도 를 가져야 합니다 . 
 하지만 유전 상수 가 높 은 용매 ( EC & PC ) 는 점도 도 함께 높 고 , 점도 가 낮 은 용매 ( DMC , EMC , DEC ) 의 경우 유전 율 이 낮 기 때문 에 이 를 균형 있 게 조합 해야 최고 의 이온 전도도 를 확보 할 수 있 습니다 . 보통 용매 의 종류 에 따라 다르 지만 높 은 이온 전도도 를 확보 하 기 위해 유전 상수 가 높 은 환형 구조 ( Cyclic Carbonate ) 와 점도 가 낮 은 사슬 형 구조 ( Chain Carbonate ) 의 조합 이 중요 합니다 . 
 또한 용매 로서 활용 되 기 위해서 는 낮 은 화학 반응 성 을 가지 고 있 어야 합니다 . 배터리 가 작동 하 는 동안 용매 가 양극 , 음극 과 반응 하 면 안전 성 에 도 문제 가 생길 수 있 기 때문 입니다 . 특히 리튬 은 수분 을 만나 면 급격 한 반응 을 일으키 기 때문 에 전해액 의 용매 는 물 과 반응 하 지 않 는 용매 를 사용 합니다 . 마지막 으로 첨가제 ( Additive ) 는 특정 한 목적 을 위해 소량 으로 첨가 되 는 물질 로서 용매 가 분해 되 지 않 도록 먼저 분해 되 어 양극 이나 음극 표면 에 보호막 을 형성 하 는 역할 을 합니다 . 이 를 통해 리튬 만 양 〃 음극 사이 를 원활 하 게 이동 할 수 있 게 도와 주 고 배터리 성능 이 악화 되 는 것 을 방지 하 는 핵심 적 인 역할 을 수행 합니다 . 
 Q : 좋 은 전해액 의 특징 은 무엇 인 가요 ? 
 A : 염과 용매 , 첨가제 의 결합 으로 이루어진 전해액 은 몇 가지 요구 되 는 특성 이 있 습니다 . 우선 리튬 을 잘 이동 시킬 수 있 는 능력 이 가장 중요 한데요 . 이 를 위해서 는 염과 용매 의 종류 와 함량 비율 이 중요 하 답니다 . 
 또한 배터리 가 작동 하 는 동안 전해액 이 부반응 ( 기존 에 예상 되 지 않 았 던 반응 ) 을 일으켜 배터리 의 성능 을 저하 시키 는 일 이 없 도록 화학 적 〃 전기 적 으로 안정 되 어야 하 고 , 언제나 배터리 가 작동 될 수 있 도록 어는점 도 낮 아야 하 고 끓는점 은 높 아야 합니다 . 그리고 가격 이 저렴 해 공급 도 원활 하 게 이뤄지고 , 환경친화 성 물질 이 라면 전해액 으로서 제대로 역할 을 할 수 있 습니다 . 
 최근 에 는 전해액 을 액체 가 아닌 고체 로 바꾼 전 고체 전지 가 관심 을 받 고 있 습니다 . 이 전 고체 전지 는 액체 에서 의 발열 및 인화 성 과 같 은 위험 이 없 어 상대 적 으로 안 전하 고 충전 속도 를 단축 시킬 수 있 다는 장점 이 있 습니다 . 아직 까지 는 기존 리튬 이온 전지 와 비슷 한 수준 의 성능 이 확보 되 지 않 았 습니다 . 기본 성능 인 수명 ・ 출력 등 을 늘리 는 기술 개발 이 당면 한 과제 로 평가 받 고 있 습니다 . 
 결국 전해액 은 리튬 이온 배터리 에서 리튬 이 원활 하 게 이동 할 수 있 는 매개체 로서 의 역할 을 하 고 있 습니다 . 전해액 은 염과 용매 , 첨가제 로 구성 되 어 있 으며 , 염 은 리튬 의 이 동통 로 , 용매 는 염 을 용해 , 첨가제 는 보호막 형성 및 셀 의 특성 을 향상 시키 는 역할 을 하 고 있 습니다 . 
 ◇' 전기차 사용 자 가 전해 주 는 전기차 이야기 ' 김성태 ・ 김재진 ・ 심 언 지 음 , 다 독임 북스 펴냄 
 전기 차 를 사용 해 본 일반 인 고수 가 전기 차 에 대한 모든 것 을 담 은 신간 을 내놨 다 . 김성태 ・ 김재진 ・ 심 언 이 공동 저작 한 ' 전기차 사용 자 가 전해 주 는 전기차 이야기 ' 에서 본인 의 전기차 경험담 과 이 들 이 직접 만난 전기차 사용자 이야기 그리고 전기차 산업 종사자 인터뷰 를 책 에 담 았 다 . 책 은 대기 오염 물질 감소 등 환경 보호 뿐 만 자동차 의 기존 생각 을 완전히 바꿔 가 고 있 는 전기 차 를 초보 자 도 이해 하 기 쉽 게 설명 했 다 . 전국 곳곳 에서 전기차 를 직접 타 보 지 않 고서 는 알 수 없 는 전기차 의 모든 것 을 종합 해 소개 했 다 . 
 ◇' 지식 의 샘 ( 전지 이야기 ) ' 선우 준 지음 , e 퍼플 펴냄 
 이 차 전지 는 미국 , 유럽 이 실패 한 유일 한 산업 이 다 . 유럽 미국 기술 강호 가 부진 한 관계 로 한국 , 일본 , 중국 3 국 이 주도 하 고 있 다 . 한국 은 일본 에서 기술 을 흡수 해 기술 을 전파 하 는 일 을 통해 역사 적 으로 가장 중심 적 인 역할 을 했 다 . 그래서 2 차 전지 입문서 같 은 종합 적 인 서적 이 한국 에서 나올 수 있 었 던 것 이 다 . 전지 는 세상 의 여러 지식 중 하나 다 . 전지 를 통해 세상 을 좀 더 넓 고 깊 게 바라보 려고 했 다 .