이차 해수전지의 원리 및 연구개발 동향

이왕근(Wang-geun Lee),김영식(Youngsik Kim) 한국해양환경·에너지학회 2021 한국해양환경·에너지학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.5

전지 수요의 폭발적 증가에 따라, 값싸고 친환경적인 전지 개발을 위한 연구가 활발히 이뤄지고 있다. 차세대 이차전지 중 하나인 이차 해수전지는 해수를 양극으로 활용, 리튬 이온전지의 리튬 대신 해수의 나트륨 이온을 전하운반자로 사용하여 에너지를 저장하는 전지로, 무한한 해수자원을 활용하기 때문에 경제적이고 환경친화적이다. 특히 해양환경에서 직접 노출되어 사용되는 특징으로, 다른 전지가 접근하기 어려웠던 해양분야 전력장치 분야에서 차세대 전력장치로 주목받고 있다. 2차 해수전지는 2014년 처음 개념이 정립된 이후 급속히 발전하여 소재개발, 셀 및 모듈 연구, 실증을 위한 상용화연구 등이 동시적으로 활발히 이뤄지고 있다. 본 연구에서는 2차 해수전지의 개발 배경 및 작동원리, 해수전지를 구성하는 양극·음극·고체전해질의 연구개발 동향, 그리고 해수전지 기술에서 파생된 담수화·이산화탄소 포집 등 응용 기술을 소개한다. 나아가 2차 해수전지가 적용될 수 있는 해양기기 및 해양구조물, 선박 및 항만 전력공급 시스템 등 해양기술분야 다양한 제품에 대해 기술한다. With the explosive increase in battery demand, research on the development of inexpensive and eco-friendly batteries has been actively conducted. The secondary SeaWater Battery (SWB) is a battery that stores energy by using seawater as a cathode, and is economical and environmentally friendly by utilizing infinite seawater resources. Particularly, it is attracting attention as a next-generation battery in the field of marine device, where it is difficult to access for other batteries because of the harsh marine environment. Since the concept of secondary SWB was first established in 2014, material research, cell and module development, and commercialization and demonstration are simultaneously being actively conducted. Herein, the secondary SWB background and operating principle, material research, cell development, and applied technologies such as desalination and CO₂ capture are introduced. Furthermore, it describes various products in the marine technology field, to which secondary seawater cells could be applied, such as offshore equipment, offshore structures and power supply systems for ships and ports.

EU 및 미국 시장에서 한국과 중국의 이차전지와 양극활물질의 국제 경쟁력 분석에 관한 연구 : HS8507.60과 HS2841.90을 중심으로

전용민,홍재성 한국관세학회 2023 관세학회지 Vol.24 No.2

This study reviewed the export competitiveness of rechargeable batteries and cathode active materials in Korea and China. The purpose of this study is to provide implications and policy suggestions through the review of export competitiveness. For the analysis of export competitiveness, the revealed comparative advantage Index, trade specialization index, and market share were reviewed. As a result of the analysis, China's export competitiveness for rechargeable batteries was higher than Korea's, and for cathode active materials, Korea's export competitiveness was higher than China's. The Korean government should actively provide tax support, R&D support, and marketing support for rechargeable battery and cathode material companies, which are the core of the electric vehicle industry. In addition, it is necessary to establish a management center so that Korean rechargeable battery and cathode material companies do not have difficulties in supplying minerals. Lastly, these companies need to support programs to nurture talent. 본 연구는 한국과 중국의 HS8507.60과 HS2841.90에 대한 수출경쟁력을 검토하였다. 이러한 수출경쟁력검토를 통해 시사점과 정책적 제언을 하는 것이 목적이다. 수출경쟁력 분석을 위해 현시비교우위지수, 무역특화지수, 시장점유율을 검토하였다. 분석 결과 HS8507.60 품목은 중국이 한국보다 수출경쟁력이 있는것으로 나타났고, HS2841.90 품목은 한국이 중국보다 수출경쟁력이 높은 것으로 나타났다. 한국 정부는 전기자동차 산업의 핵심인 이차전지와 양극재 기업에 대한 세제지원, 연구개발지원, 마케팅지원을 적극적으로해야 한다. 또한, 한국의 이차전지와 양극재 기업들이 광물을 수급하는데 어려움이 없도록 관리센터를 구축할 필요가 있다. 마지막으로 이러한 기업들이 인재를 육성할 수 있도록 프로그램을 지원해 주어야 한다

해양기기 적용을 위한 해수이차전지 패키지 및 BMS 모듈 설계

김형준(Hyeong-Jun Kim),이경창(Kyung-Chang Lee),손호준(Ho-Jun Son),박신준(Shin-Jun Park),박철수(Cheol-Su Park) 한국기계가공학회 2022 한국기계가공학회지 Vol.21 No.3

The design of a battery package and a BMS module for applications using seawater rechargeable batteries, which are known as next-generation energy storage devices, is proposed herein. Seawater rechargeable batteries, which are currently in the initial stage of research, comprise primarily components such as anode and cathode materials. Their application is challenging owing to their low charge capacity and limited charge/discharge voltage and current. Therefore, we design a method for packaging multiple cells and a BMS module for the safe charging and discharging of seawater rechargeable batteries. In addition, a prototype seawater rechargeable battery package and BMS module are manufactured, and their performances are verified by evaluating the prevention of overcharge, overdischarge, overcurrent, and short circuit during charging and discharging.

폐배터리 재활용 스타트업의 가치평가

안성필 동국대학교 경영연구원 2024 경영과 사례연구 Vol.46 No.1

최근 벤처투자가 위축되는 추세에도 AI, 이차전지, 로보틱스, 그리고 유전공학 분야의 혁신적인 스타트업에 대한 투자는 지속적으로 증가하고 있다. 이 중 이차전지는 한국 기업들이 세계적 경쟁우위를 확보하고 있는 분야로 향후 수년간 고도성장이 예상되고 있다. 이차전지 산업에 대한 각국의 전략적 지원과 친환경 규제에 대응하여 지속가능한 성장을 이루기 위해서는 배터리 순환경제 체계를 구축할 필요성이 대두되고 있다. 폐배터리의 수거와 재활용은 원재료의 공급안정과 환경문제를 해결할 수 있는 중요한 수단으로 배터리 순환경제의 핵심적 사안이다. 본 사례에서는 미국의 폐배터리 재활용 전문 스타트업인 레드우드 머티리얼즈(Redwood Materials)를 분석하고 기업가치를 추정하는 방법을 토의한다. 이 사례는 미국의 이차전지 및 폐배터리 재활용 산업의 동향을 파악하고 한국의 배터리 관련 기업들의 대응방안을 논의할 수 있도록 구성되었다. 또한 미국 스타트업의 성장과정을 분석함으로서 한국의 스타트업을 글로벌 기업으로 성장시키기 위한 벤처캐피탈의 역할을 토의하는 자료로도 활용할 수 있다. Whilst the recent downward movement in venture capital market, venture investment in disruptive innovation technology has steadily increased. Amongst the rechargeable battery industry, in which Korean companies have secured global comparative advantages, is expected to show abnormal growth for the next several years. To pursue sustainable growth under the government’s strategic support and environmental regulations, it is necessary to establish a battery circular economy. Collecting and recycling used batteries is a key element of the battery circular economy that could stabilize supply chain and resolve the environmental issues. This case study analyzes Redwood Materials Inc., an U.S. firm specialized in battery recycling, and discuss how to estimate the firm value. Through the case analysis, we can understand the recent trends in the rechargeable battery and recycle industries in the U.S. and discuss the strategic directions of Korean battery firms. In addition, the analysis on the growth of an U.S. startup will help readers to discuss the role of venture capital in nurturing Korean startups to become global companies.

연료전지 기반 에너지저장 시스템의 환경 전과정평가 및 에너지 효율성 분석

김형석,홍석진,허탁 한국수소및신에너지학회 2017 한국수소 및 신에너지학회논문집 Vol.28 No.2

This study quantitatively assessed the environmental impacts of fuel cell (FC) systems by performing life cycle assessment (LCA) and analyzed their energy efficiencies based on energy return on investment (EROI) and electrical energy stored on investment (ESOI). Molten carbonate fuel cell (MCFC) system and polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) system were selected as the fuel cell systems. Five different paths to produce hydrogen (H2) as fuel such as natural gas steam reforming (NGSR), centralized naptha SR (NSR(C)), NSR station (NSR(S)), liquified petroleum gas SR (LPGSR), water electrolysis (WE) were each applied to the FCs. The environmental impacts and the energy efficiencies of the FCs were compared with rechargeable batteries such as LiFePO4 (LFP) and Nickel-metal hydride (Ni-MH). The LCA results show that MCFC_NSR(C) and PEMFC_NSR(C) have the lowest global warming potential (GWP) with 6.23E-02 kg CO2 eq./MJ electricity and 6.84E-02 kg CO2 eq./MJ electricity, respectively. For the impact category of abiotic resource depletion potential (ADP), MCFC_NGSR(S) and PEMFC_NGSR(S) show the lowest impacts of 7.42E-01 g Sb eq./MJ electricity and 7.19E-01 g Sb eq./MJ electricity, respectively. And, the energy efficiencies of the FCs are higher than those of the rechargeable batteries except for the case of hydrogen produced by WE.

멀티 탐침 측정법을 이용한 전극의 합재저항과 계면저항의 측정

허성욱(Seong-wook Heo),신혜주(Hye-ju Shin),최신호(Sinho Choi),김태희(Tae-Hee Kim) 한국전지학회 2021 한국전지학회지 Vol.1 No.1

이차전지 셀 음극의 로딩과 건조 조건에 따른 전극 저항을 합재저항과 계면저항으로 구분하여 측정하였다. 로딩이 높을수록 합재저항은 증가하는 반면 계면 저항은 유사하였다. 0.5C와 1C 전류로 셀 평가한 결과 로딩이 높을수록 합재저항이 증가하여 용량이 감소하는 경향을 보였다. 한편, 진공 건조한 전극이 상압 건조한 전극보다 합재저항과 계면저항이 모두 낮았다. In order to verify the effect of loading level and drying condition on an anode resistance of lithium rechargeable battery, composite resistivity and interface resistance of the anode were measured respectively. Composite resistivity increased as loading level increased, however, interface resistance were not dependent on the loading level. Cell validation at 0.5C and 1C demonstrated that cell capacities decreased as anode loading increased. On the other hand, composite resistivity and interface resistance of the electrode dried in a vacuum were lower than those of the electrode dried at 1 atm.

무인기용 전지의 전기화학적 특성 평가

김성철(SungChul Kim),이성규(SeongQue Lee),김근배(Keun-Bae Kim),이보화(Bo-Hwa Lee) 항공우주시스템공학회 2018 항공우주시스템공학회 학술대회 발표집 Vol.2018 No.4

드론에 사용되는 전지는 무게당 에너지밀도가 우수해야 한다. 또한 순간적인 급가속과 지속적인 고율방전이 가능해야하며 충격이나 진동과 같은 기계적 환경요인에서도 안전성을 유지해야 한다. 이러한 요구조건에 따라 시장에서 사용되는 리튬이온 및 리튬폴리머 전지를 대상으로 선정하고 고온, 저온, 고율 등 다양한 극한 환경을 가정하여 전기적인 특성을 비교 분석하였다.

분위기에 따른 기계적 합금화방법으로 제조된 리튬 이차전지 음극용 실리콘/탄소 복합체의 전기화학적 특성 연구

오세희(Se-Hee Oh),김영래(Young-Lae Kim) 산업기술교육훈련학회 2012 산업기술연구논문지 (JITR) Vol.17 No.4

Recently, Si/Carbon composite have been suggested as a promising anode material for lithium batteries. In this study, nano-Si/graphite composites are fabricated by a ball milling method in Oxygen atmosphere. Every sample was fabricated by controlling milling time, respectively. Their electrochemical characteristics as anode materials for lithium secondary batteries were investigated. Mechanically induced oxidation on the surface is responsible for suppressing the fracture rate and preserving the crystallinity of natural graphite milled in Oxygen atmosphere

이차전지 관련 주요 원자재의 공급리스크 분석

이유아(Youah Lee),홍성준(Sungjun Hong),이슬기(Sul-ki Lee),김유정(Yujeong Kim) 한국신재생에너지학회 2018 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2018 No.11

α-Al₂O₃가 코팅된 폴리프로필렌 분리막에서 무기물 입자 크기에 따른 물성 변화 및 전기화학적 특성

심형석(Hyeong-seok Shim),신혜주(Hyu-ju Shin),오상준(Sang-jun Oh),최신호(Sinho Choi),김태희(Tae-Hee Kim) 한국전지학회 2021 한국전지학회지 Vol.1 No.2

본 연구에서는 리튬 이온 이차전지의 핵심 소재인 분리막에 다양한 입자 사이즈(150 nm, 200 nm, 300 nm)의 Commercial Al₂O₃(CM- Al₂O₃)를 사용해서 세라믹 코팅 분리막을 제작하였다. 제조된 코팅분리막의 물성을 평가하고, 이를 코인 하프셀에 적용하여 전기화학적 특성 변화를 관찰하였다. In this study, ceramic-coated separators were fabricated using α-Al₂O₃ of various particle sizes (150 nm, 200 nm, 300 nm). The physical properties of ceramic-coated separators were analyzed, and a coin half-cell including the ceramic-coated separator was assembled to observe electrochemical properties.