리튬

정의: 리튬이온전지는 충전 및 방전이 가능한 전지의 일종으로, 리튬 이온의 이동을 통해 전기에너지를 저장하고 방출하는 원리를 이용한다. 휴대용 전자기기부터 전기 자동차, 에너지 저장 시스템(ESS)에 이르기까지 다양한 분야에서 사용된다.

작동 원리: 리튬이온전지는 충전 시 리튬 이온이 양극에서 음극으로 이동하고, 방전 시에는 반대 방향으로 이동하며 전기를 생산한다. 이러한 이온의 이동은 전해질을 통해 이루어지며, 양극과 음극의 재료에 따라 전지의 성능이 결정된다. 양극에는 주로 리튬 코발트 산화물, 리튬 니켈망간 코발트 산화물, 리튬 인산철 등이 사용되고, 음극에는 흑연이 주로 사용된다.

장점: 높은 에너지 밀도, 긴 수명, 높은 작동 전압, 환경 친화적인 특성 등을 가지고 있다. 기존의 니켈 카드뮴 전지나 니켈 수소 전지에 비해 에너지 효율이 훨씬 높고, 메모리 효과가 없어 언제든지 충전이 가능하다.

단점: 높은 가격, 열에 대한 취약성, 안전성 문제(과충전, 과방전, 외부 충격 등에 의한 발화 위험) 등이 있다. 리튬의 가격 변동과 리튬 채굴 과정에서의 환경 문제 또한 단점으로 지적되고 있다.

종류: 양극 재료에 따라 리튬 코발트 산화물 전지, 리튬망간산화물 전지, 리튬 니켈 코발트 알루미늄(NCA) 전지, 리튬 인산철 전지(LFP) 등 여러 종류가 있으며, 각각 장단점이 다르다. 최근에는 고용량, 고출력, 고안전성을 갖춘 전지 개발에 대한 연구가 활발히 진행 중이다.

응용 분야: 휴대전화, 노트북, 태블릿 PC 등 휴대용 전자기기, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 에너지 저장 시스템(ESS), 무선 전동 공구 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며, 미래의 에너지 시스템에서 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.