바닷물로 배터리를? 해수 전지에 대해서 알아보자!

<출처: Pixabay>

안녕하세요? 한 겨울의 정점이 지나고 봄이 다가오는 날씨인 듯 합니다. 이번에 제가 소개할 내용은 해수 전지(sea water battery)랍니다. 현재 전세계에서 대체에너지 사업이 활발하게 이루어지고 있는데요. 그 중에서도 풍력, 태양광, 수력 같은 친환경 에너지에 관심이 집중되고 있습니다. 석탄, 석유등 화석 에너지는 매장량의 한계가 있는 만큼  계속해서 화석에너지에 의존 할 수 없는 상황이기 때문이죠. 하지만 이러한 친환경 에너지는 태양이 뜨지 않는 다거나 바람이 불지 않을 때는 에너지를 만들 수 없기 때문에 에너지를 저장해 놓는 것 또한 중요하다고 할 수 있습니다.

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이때 에너지를 저장할 수 있는 것이 바로 전지입니다. 전지란 물질의 물리적 또는 화학적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치죠. 물리적 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 물리전지는 태양전지 등이 속하구요. 화학 에너지를 전기에너지로 변환시키는 화학전지는 리튬이온전지, 해수 전지등이 속합니다.

한편, 전지 중에 대용량의 에너지를 저장해 놓을 수 있는 저장장치를 ESS(Energy Storage System)라고 한답니다. 그 중에서 현재 ESS에 가장 많이 쓰이고 있는 전지는 리튬이온 전지인데요. 에너지 밀도가 높고 출력이 좋다는 장점이 있긴 하지만 높은 가격과 안정성이 단점으로 지적되고 있습니다. 그래서 이런 단점을 보완하기 위해서 개발된 것이 바로 해수 전지랍니다. 리튬이온 대신에 양을 헤아릴 수 없는 바닷물 속의 나트륨이온을 이용해서 충전이 가능하도록 만든 것입니다. 

#왜 나트륨 일까?

지구 표면적의 약 70%는 바다로 이루어져 있죠. 그리고 그 중 약 3.5%가 이온으로 이루어져 있습니다. 그 이온 중에 약 30.6%가 나트륨으로 구성되어 있습니다. 바닷물의 양이 엄청나게 많기에, 나트륨 이온의 양도 어마어마하다고 할 수 있는데요. 이런 상황에서 나트륨과 리튬이 매우 유사한 성질을 가지고 있기에 비싸고 매장량이 제한되어 있는 리튬 대신에 바다에서 쉽게 구할 수 있는 나트륨을 사용한답니다. 나트륨은 이렇게 양이 많기 떄문에 값도 굉장히 싼 편입니다. 반면 리튬보다 크기가 크기 때문에 에너지 밀도가 떨어집니다. 그래서 전지의 무게가 무거워 진다는 단점도 존재한답니다.

#해수전지의 미래

전지란 물질의 물리적 또는 화학적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치입니다. 물리적 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 물리전지는 태양전지 등이 속합니다. 화학 에너지를 전기에너지로 변환시키는 화학전지는 리튬이온전지, 해수 전지등이 속합니다.

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리튬이온 배터리는 완전히 막혀있는 형태에 비해 해수 전지는 양극이 바닷물이 흐르도록 열려 있습니다. 음극은 나트륨 금속 또는 탄소전극으로 구성되어 있습니다. 해수전지는 음극, 전해질, 분리막, 집전체로 이루어져 있습니다. 충전은 에너지를 저장하는 과정으로써 염소(Cl2)기체 또는 산소(O2)기체가 발생됩니다. 방전 시에는 전자가 회로를 따라 양극으로 이동하면서 전기에너지를 사용할 수 있게 됩니다.

 

해수전지는 원료의 양에 한계가 없고 무료로 사용할 수 있기에 가격이 저렴하고 대량화도 리튬이온전지에 비해 쉽다는 장점이 있습니다. 또한 원래 물에 담겨 있기 때문에 침수에도 전기를 공급할 수 있습니다. 하지만 출력이 낮고 에너지 밀도가 낮다는 단점이 있고 염분이 있는 상 황속에서 분리막과 여러 부속품들의 부식의 문제도 해결해야 하는 문제점 있습니다. 이런 문제점들을 해결하면 해수 전지는 ESS분야의 다양한 곳에 적용할 수 있다고 합니다. 앞으로 일상 속에서도 해수전지를 만날 수 있는 날이 머지 않은 것 같습니다. 감사합니다!