리튬 이온 전지는 정말 많은 곳에서 사용합니다. 심지어 전기자동차의 배터리도 리튬 이온 배터리입니다. 이 리튬 이온 전지는 환경에 안 좋은 영향을 주고 수요가 늘면서 가격이 상승하고 있습니다. 따라서 이 리튬이온을 대체할 새로운 전지 개발이 요구되고 있습니다.
<노란 AA 사이즈 충전지/작성자: Kenishirotie/셔터스톡>
리튬 이온 배터리는 에너지 밀도가 높아서 다양한 전자 기기에서 사용하는 배터리로 사랑 받고 있습니다. 하지만 과충전 보호가 필요할 정도로 폭발 위험의 위험이 있습니다. 심심찮게 배터리가 폭발했다는 소리가 많죠.
또한 리튬 이온 배터리의 원료가 되는 광물을 채굴할 때 많은 물을 사용해야 하고 유독한 화학 물질을 사용해서 환경을 오염시키는 등 다양한 문제점이 존재하고 있습니다. 여기에 수요가 증가하면서 가격도 상승하고 있습니다.
새로운 배터리에 대한 요구가 있던 이 때 인도 마드라스 공학 대학교 연구자들이 새로운 철 이온 배터리를 개발했다고 발표했습니다. 연구팀은 리튬 대신 철을 이온의 전하 캐리어로 사용했습니다. 철은 다른 금속에 비해서 저렴하고 이온 반지름(ionic radius)이 리튬 이온과 동일하게 작고 산화 환원 전위가 리뮤 이온보다 높다는 장점이 있었지만 지금까지 충전지에 재료로는 간과했습니다.
인도 마드리드 공학 대학교 연구자들은 철을 이용한 이온 전기 개발에 착수했지만 배터리에 적합한 전해질 개발 과제가 있었습니다. 그렇게 해서 만들어진 철 이온 배터리는 한쪽 전극에는 금속 산화물과 다른 전극은 연강을 사용했습니다. 이렇게 해서 만든 철 이온 배터리는 리튬 이온 전지의 60%의 성능을 내는데 성공했습니다.
지금은 60%지만 기술을 고도화하면 리튬 이온 배터리를 대체할 수 있을 지도 모릅니다. 철 이온 배터리는 단락이 발생하기 어렵기 때문에 리튬 이온 배터리의 쇼트의 위험이 없고 효율도 높다고 연구진은 말하고 있습니다.
리튬 이온 또한 제조 비용도 철 이온 배터리가 저렴합니다. 리튬은 반응 특성 때문에 통제된 환경에서 제조를 해야 하기 때문에 제조 비용이 높습니다. 반면 철 이온 배터리는 대기 중에서 제조가 가능해서 제조 비용이 덜 들어갑니다. 연구팀은 일반 대기 상태에서 제조한 철 이온 배터리가 제어가 된 환경에서 제조한 철 이온 배터리의 72%까지 성능을 낸 연구 보고도 발표했습니다.
철 이온 배터리는 현재 150 사이클의 충전과 방전을 할 수 있고 50 사이클 후에 배터리 용량 유지율은 54%로 안정성을 보여줬습니다. 현재는 넘어야 할 산이 많지만 언젠가는 리튬 이온 배터리 대신에 철 이온 배터리가 사용할 날이 오겠네요.
