[플루토 신간] 처음 읽는 2차전지 이야기

[플루토]

시라이시 다쿠 지음 | 이인호 옮김 | 한치환(한국에너지기술연구원) 감수

162*232mm｜324쪽 | 17,000원 | 발행일 2021년 10월 12일 | ISBN 979－11－88569－27－4 (03560)

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◎ 책 소개

2차전지는 전기자동차를 타고 급성장 중

지금 전세계적으로 가파르게 성장하는 시장이 전기자동차 시장이다. 석유를 동력으로 하는 내연기관 자동차에 뒤이어 차세대 운송수단인 전기자동차는 2차전지가 만들어내는 전기를 동력으로 하고 있기 때문에 전기자동차 시장의 성장과 더불어 2차전지 시장도 급성장하고 있다.

2차전지는 충전하면서 반복해 쓸 수 있는 전지를 말한다. 현재 2차전지 시장을 이끌고 있는 전지는 리튬이온전지다. 스마트폰은 물론이고 대부분의 휴대전자기기와 전기자동차 전원장치로 리튬이온전지가 적용되고 있다. 이러한 상황으로 리튬이온전지에 대한 관심은 그 어느 때보다 뜨겁고, 리튬이온전지 산업을 이끌고 있는 우리나라의 LG화학, 삼성SDI, SK이노베이션 등의 기업가치도 지속적으로 올라가고 있다. 더욱이 완제품을 제조하는 기업뿐 아니라 리튬이온전지에 쓰이는 소재를 생산하는 국내의 기업들 역시 그 가치가 올라가고 있다.

리튬이온전지의 소재는 전극 소재, 양극 물질, 음극 물질, 전해질, 분리막 등인데, 전해질 소재를 제조하는 솔브레인, 전극 재료인 알루미늄박과 구리박을 제조하는 삼아알미늄과 일진머티리얼즈, 분리막 원료를 제조하는 대한유화, 양극재를 제조하는 포스코케미칼과 코스모신소재, 전극 내에서 전자가 잘 이동하도록 도와주는 도전체를 제조하는 나노신소재, 전해질에 들어가는 리튬염을 제조하는 후성 등 수많은 국내의 소재기업 가치가 상승하고 있다.

최근 일본의 소재 수출 규제로 정부가 국내의 소재기업을 적극 지원하고 있기 때문에 이러한 추세는 당분간 지속될 것이다. 특히나 전기자동차 원가의 절반 이상을 리튬이온전지가 차지하고 있고, 리튬이온전지 원가의 절반 이상을 소재가 차지하고 있는 상황을 고려하면 국내 리튬이온전지 관련 소재기업의 가치는 더욱 상승할 것이다.

전지에 관한 거의 모든 것을 담은 책

이 때문에 2차전지에 대한 일반인들의 관심도 뜨겁다. 사람들은 2차전지가 지금까지 계속 써오던 전지들과 어떻게 다르기에 자동차까지 움직일 수 있는 건지 궁금해 하고, 2차전지 산업의 급성장과 더불어 그 가치가 계속 올라가고 있는 관련 기업들에 대해서도 궁금해 하며, 미래의 석유라고 불리는 2차전지 산업에서 엔지니어로 일해보고 싶은 사람도 있을 것이다.

《처음 읽는 2차전지 이야기》는 전지의 탄생부터 미래 전망까지, 또 기초원리부터 계속되는 혁신까지, 매우 다양한 전지들을 총망라하여 전지에 관해 거의 모든 것을 다룬 책이다. 또한 《처음 읽는 2차전지 이야기》를 읽으면 건전지는 왜 ‘건’전지라고 불리는지, 왜 1차전지는 충전할 수 없는 건지, ‘급속 충전’과 ‘일반 충전’의 차이는 무엇인지 같은 전지와 관련된 정말 많은 궁금증도 저절로 풀릴 것이다.

1장 전지에 관한 아주 기초적인 이야기에서는 제목 그대로 전지에 관한 기초 지식을 설명한다. 주변에서 흔히 찾아볼 수 있는 1차전지를 설명한 다음 2차전지를 설명하는데, 사실 이 두 전지의 차이는 아주 근소하기 때문에 1차전지의 원리를 알면 2차전지도 쉽게 이해할 수 있다.

2장 건전지와 2차전지 이야기에서는 가장 흔히 접할 수 있는 건전지를 예로 들어 전지의 성능에 관해 살펴본다. 그리고 왜 1차전지는 충전할 수 없는지 설명하는데, 이는 2차전지는 어떻게 해서 충전할 수 있는지에 대한 설명이기도 하다.

3장 다양한 2차전지 이야기에서는 현재 가장 널리 쓰이는 리튬이온전지 외에 니켈-카드뮴전지, 니켈-아연전지 같은 니켈계 2차전지, NAS전지, 산화환원 흐름 전지 등 다양한 2차전지들을 소개한다.

4장 다양한 리튬이온전지 이야기에서는 리튬이온전지를 소개한다. 지금 가장 널리 쓰이는 2차전지가 리튬이온전지인데, 리튬이온전지에도 다양한 종류가 있다. 이 전지들을 소개한다.

5장 차세대 2차전지 이야기에서는 리튬이온전지를 뛰어넘게 될 2차전지들을 소개한다. 아직은 여러 가지 이유로 리튬이온전지만큼 널리 쓰이고 있지는 않지만, 획기적인 성능의 2차전지가 언제 개발되어 대중화될지는 아무도 모를 일이다.

중고등학교 수준의 화학지식이면 이해할 수 있다

전지에 관해 거의 모든 것을 다룬 《처음 읽는 2차전지 이야기》는 일본의 유명 과학저술가인 시라이시 다쿠가 썼고, 한국에너지기술연구원의 한치환 박사가 꼼꼼히 감수를 보고 우리나라 상황을 보충했다.

이 책에는 여러 화학반응식이 등장하는데, 화학반응으로 전기를 만들어내는 화학전지를 설명하려면 꼭 필요하기 때문이다. 하지만 미리 겁먹을 필요는 없다. 쉬운 식은 중학교 수준부터 어려운 식도 고등학교 수준의 화학 지식만 알면 충분히 이해할 수 있는 수준이니 말이다.

2차전지는 특히 우리나라에게는 반도체만큼이나 중요한 먹거리가 되고 있기 때문에 2차전지에 대한 관심이 뜨거울 수밖에 없다. 《처음 읽는 2차전지 이야기》는 2차전지에 대한 기본적인 궁금증을 해소해주는 것은 물론이고, 기존의 2차전지를 뛰어넘는 더 훌륭한 2차전지가 우리나라에서 개발되는 데 밑거름이 되어줄 것이다.

◎ 지은이 시라이시 다쿠(白石 拓)

교토대학교 공학부를 졸업했으며 과학기고가로 활동하고 있다. 2009년부터 2015년까지 히로사키대학교 랩 버스 사업에 ‘히로사키대학교 교육력 향상 프로젝트 강사’로 참여했다.

주요 저서로는 《노벨상 이론! 그림으로 보는 「소립자」 입문(ノーベル賞理論! 図解「素粒子」入門)》 《투명 인간이 되는 방법 슈퍼 테크놀로지에 도전하기(透明人間になる方法 スーパーテクノロジーに挑む)》 《이상 기후의 의문을 풀다(異常気象の疑問を解く)》 《제대로 다루기! 「단위」의 구조와 기초 지식(きちんと使いこなす! 「単位」のしくみと基礎知識)》) 등이 있다.

◎ 옮긴이 이인호

카이스트 전산학과를 졸업하고 소프트웨어 개발자로 일하는 한편, 글밥아카데미 일본어 출판번역 과정을 수료하고 바른번역 소속 번역가로 활동하고 있다.

옮긴책으로 《머릿속에 쏙쏙! 물리 노트》 《과학인문학으로의 초대》 《무한의 끝에 무엇이 있을까》 《물리학은 처음인데요》 등이 있다.

◎ 감수 한치환

고려대학교 화학과를 졸업한 후 동대학원에서 석사, 박사 학위를 취득했다. 프랑스 보르도 1대학에서 박사후연구원을 하였고, 2003년부터 한국에너지기술연구원(KIER)에서 책임연구원으로 근무하고 있다. 한국에너지기술연구원에서 우수기술상, 우수논문상, 우수직원상, 이달의 KIER상을, 2018년에는 미국 캘리포니아 애너하임에서 개최된 ‘테크커넥트 월드 2018(TechConnect World 2018)’에서 ‘이노베이션 어워드(Innovation Award)’를 수상했다.

한국전기화학회 광전기화학분과 회장을 역임했으며, 2016년부터 1년 동안 캘리포니아대학교 샌디에고 캠퍼스(UC San Diego)에서 방문연구원으로 근무하였고, 지금은 과학기술연합대학원대학교(UST)의 전임교수로 전기화학기기에 대해 강의하고 있다. 리튬이온전지, 염료감응 태양전지, 전기변색유리 등 다양한 전기화학기기를 연구했고, 최근 햇빛에 의해 자동으로 색이 변하는 스마트 유리를 개발하여 기업과 공동으로 상용화를 추진하고 있다. 저서로는 《전화기는 어떻게 세상을 바꾸는가》(2019)가 있다.

◎ 차례

들어가며

감수자의 글-기후변화의 위기 속에서 기회가 되어주는 2차전지

1장 전지에 관한 아주 기초적인 이야기

1 우리 주변에 있는 다양한 전지

2 형태로 분류한 화학전지

3 화학전지의 발명과 진화

4 자동차배터리로 맹활약하는 세계 최초의 2차전지

5 전지의 기초-전지의 기본 구조

6 전지의 기초-화학반응식으로 이해하는 전지반응

7 전지의 기초-산화환원 반응

8 전지의 기초-수소반응에 의한 전압 저하

9 볼타전지를 개량한 다니엘전지

10 전지의 전기를 만드는 이온화경향에 관하여

11 이온화경향을 보여주는 표준환원전위

12 깁스에너지, 표준환원전위를 구하는 또다른 방법

2장 건전지와 2차전지 이야기

1 건전지의 구조와 원리

2 알칼리망간건전지의 ‘알칼리’란 뭘까

3 전지의 성능-기전력의 크기

4 전지의 성능-출력의 크기

5 전지의 성능-얼마나 오래 쓸 수 있을까

6 전지의 성능-에너지의 크기

7 1차전지는 왜 충전할 수 없을까

8 전통의 자동차배터리, 납축전지

9 납축전지의 전지반응

10 납축전지는 왜 열화하는 걸까

11 에디슨이 발명한 니켈-철 전지

추억의 빨간 망간과 검은 망간

3장 다양한 2차전지 이야기

1 니켈계 2차전지

2 니켈-카드뮴전지

3 니켈-아연전지

4 니켈-수소전지

5 우주에서 활약하는 또 하나의 니켈-수소전지

6 NAS전지

7 산화환원 흐름 전지

8 제브라전지

9 산화은 2차전지

10 2차전지의 충전

11 스마트폰과 전기자동차의 급속 충전

12 무선 충전 기술

13 충전효율과 사이클수명

14 충·방전 문제-메모리효과와 리프레시 충전

15 충·방전 문제-덴드라이트

16 충·방전 문제-활물질의 미세화와 고립화

17 충·방전 문제-과방전과 과충전

18 축전지와 축전기 중간쯤에 위치한 전기 이중층 축전기

헷갈리는 아니온과 카티온, 애노드와 캐소드

4장 다양한 리튬이온전지 이야기

1 리튬계 전지의 역사

2 리튬이온전지의 원리

3 리튬이온전지의 형태와 용도

4 양극에 따라 달라지는 리튬이온전지

5 리튬이온전지의 종류-리튬코발트산화물이온전지

6 리튬이온전지의 전해액

7 리튬이온전지 분리막의 기능과 소재

8 리튬이온전지의 종류-리튬망간산화물 이온전지

9 리튬이온전지의 종류-리튬인산·이온전지

10 리튬이온전지의 종류-삼원계와 니켈계 리튬이온전지

11 리튬이온전지의 종류-리튬폴리머 2차전지

12 사고를 방지하는 배터리관리시스템

13 리튬이온전지의 열화와 재활용

14 리튬 2차전지의 종류-이산화망간-리튬 2차전지

15 리튬 2차전지의 종류-리튬티탄산화물 2차전지

16 리튬 2차전지의 종류-바나듐계, 니오브계 리튬 2차전지

산화수와 전하

5장 차세대 2차전지 이야기

1 차세대 2차전지의 선두를 달리는 전고체전지

2 리튬-황전지는 꿈과 같은 리튬금속 2차전지

3 최고의 2차전지라는 리튬-공기 2차전지

4 나트륨이온전지

5 다가이온전지

6 유기라디칼전지

7 전환전지

8 플루오르이온 셔틀전지

9 이중이온전지

10 바이폴라 2차전지

11 리튬이온축전기

12 리튬이온전지의 후계자는 역시 리튬이온전지일까

우주에서 활약하는 리튬이온전지와 이온엔진