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아이폰7도 발화… 까탈스러운 금속, '리튬 본색'

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  • 오동희 기자
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  • 2016.10.21 16:51
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알칼리 금속-물과 접촉시 쉽게 발화… 에너지 밀도 높고 메모리효과 없어 현재로선 최선의 배터리

삼성전자 스마트폰 갤럭시노트7에 이어 새로 출시된 애플 아이폰7도 중국에 이어 호주에서도 발화 논란에 휩싸이면서 이 제품들에 사용되는 리튬이온 전지의 안전성에 대한 관심이 더욱 커지고 있다.

업계 전문가들은 현재의 배터리 소손(발화) 원인이 아직 명확하게 밝혀지지 않은 상태여서 최대한 말을 삼가고 있다.

21일 익명을 요구한 업계의 한 전문가는 "그동안 우리가 안정적으로 사용했던 '리튬이온전지'에 대해 서서히 그 본 모습을 알게 된 셈"이라며 "스마트폰의 성능이 고도화되면서 원래 리튬이 갖고 있던 '까탈스러운 성질'이 어느 제품을 막론하고 점차 드러나고 있다"고 말했다.

출처: 삼성SDI 홈페이지 자료
출처: 삼성SDI 홈페이지 자료
리튬이온전지는 두 전극에 양극·음극활 물질을 바른 후 이를 전해액(액체 혹은 젤, 폴리머)에 담그고, 충전시 양극의 이온이 분리막을 통과해 음극으로 가고, 방전시 음극의 이온이 양극으로 제자리를 찾아가면서 전류를 발생시키는 과정을 거치는 배터리다.

양극(+)에는 알루미늄기재에 리튬산화물(코발트산리튬)과 도전제(전류가 잘 흐르도록 하는 물질)가 잘 달라붙도록 바인더(풀)로 붙인 파우더 형태로 구성돼 있다. 음극은 리튬이온을 잘 흡수 방출할 수 있는 흑연(탄소 덩어리)을 구리 기재에 붙이는 형태다.

양극활물질에 있는 리튬은 전기를 충전하면 정전기적 인력에 의해 리튬이온이 분리막을 통과해 음극으로 이동해 흑연에 저장되게 된다. 이 과정이 충전의 과정이다.

모든 원자는 일정량의 전자수를 유지하려는 경향이 있는데, 리튬은 전하를 잃는 이온화가 잘 되는 알칼리성 금속이다. 화학 주기율표 상 1족 2주기에 속하며 녹는점 180.54℃, 끓는점 1347℃로, 같은 1족 원소로는 발화성이 강한 나트륨(Na)·칼륨(K)·루비듐(Rb)·세슘(Cs) 등이 있다.

업계 전문가는 "알칼리 금속들은 원자가전자가 모두 1개로 원자 반지름이 커서, 적은 에너지로도 이온화가 가능하고 산화하기 쉽다"며 "산화가 쉽다는 것은 전기적으로는 발화성이 강하다는 것을 뜻한다"고 말했다.

실온에선 산소와 잘 반응하지 않지만, 물과는 쉽게 반응해 물에 넣으면 금방 발화하는 성질을 갖고 있어 보관 시에는 파리핀 용액에 보관한다.

배터리 업계 관계자는 "그동안 니켈 망간 배터리 등을 사용했지만 에너지 밀도가 낮고, 메모리효과(직전 충전지점을 인식해 배터리 용량이 줄어드는 현상)로 효용성이 떨어져 리튬이온전지로 전환됐다"며 "에너지 밀도와 가격대비 성능 등에서 아직 이를 대체할 배터리가 없다"고 말했다.

이 관계자는 "현재 리튬공기배터리 등 차세대 배터리에 대한 연구가 활발히 진행 중이지만, 리튬이온전지를 대체할 수 있는 가격이나 공정, 안정성, 품질 등이 검증되기 위해서 시간이 필요하다"고 말했다.

이론적으로 안전성에 대한 신뢰가 있더라도 실제 제품이 상용화되고, 사용환경이 어떠냐에 따라 실제 사용될 때의 안전성은 별개일 수 있다는 게 이 관계자의 설명이다.

한 투자기관의 IT 담당 애널리스트는 "배터리 성능의 임계점까지 도달한 것이 갤럭시S7인 듯하다"며 "갤럭시노트7의 홍채인식 기술이나, 아이폰7의 듀얼카메라 등이 리튬이온 배터리에 부담을 주는 것으로 보인다"고 풀이했다.



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