배터리의 중요 구성 요소: 분리막
배터리의 핵심 구성 요소 중 하나는 분리막으로, 음극과 양극 사이에 위치하는 투과성 멤브레인입니다. 분리막의 주요 기능은 두 전극을 물리적으로 분리하여 전기적 단락을 방지하는 동시에, 전해질을 통한 이온의 이동을 가능하게 하여 전기화학 셀에서 전류의 흐름을 완성시키는 것입니다. 특히, 리튬 이온 배터리에서 분리막은 전해질과 전극 재료에 대해 전기화학적 및 화학적 안정성을 가져야 합니다.
분리막의 재료와 기능
상업적으로 사용되는 액체 전해질 셀에서는 주로 마이크로포러스 폴리올레핀 재료인 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)이 분리막으로 사용됩니다. 이러한 재료들은 전기적 단락을 방지하고 이온 전달을 허용하는 미세한 기공을 가지고 있어 배터리의 안전성과 성능을 높입니다.
리튬 이온 배터리에서의 분리막 혁신
리튬 이온 배터리의 성능 향상을 위해 MOF(Metal-Organic Frameworks)로 코팅된 멤브레인을 사용하는 기능적 분리막이 개발되고 있습니다. 이러한 분리막은 전해질과 분리막의 이중 기능을 수행하여, 전기차와 전기 항공기와 같은 고에너지 시스템을 위한 고성능 리튬 금속 배터리의 설계를 지원합니다.
배터리 구성의 이해
배터리는 다양한 재료로 구성되며, 이에 따라 성능과 특성이 달라집니다. 일반적으로 배터리는 납, 니켈, 아연, 리튬 등의 재료를 사용하며, 각각은 특정 용도와 요구 사항에 따라 다른 출력을 제공합니다. 배터리는 갈바닉 셀, 전해질 셀, 연료 셀, 흐름 셀, 볼타 셀 등 다양한 화학 공정과 디자인을 가진 전기화학 셀로 제작됩니다.
배터리의 주요 구성 부품
양극(Cathode): 양극은 외부 회로로부터 전자를 받아들이고 전기화학 반응 중에 환원되는 긍정적 또는 산화 전극입니다. 리튬 배터리의 경우, 양극 재료는 주로 LiCoO2 또는 LiMn2O4로 구성됩니다.
음극(Anode): 음극은 외부 회로로 전자를 방출하고 전기화학 반응 중에 산화되는 부정적 또는 환원 전극입니다. 현재 가장 일반적으로 사용되는 음극 재료는 리튬과 그래파이트가 층간삽입된 LixC6입니다.
전해질(Electrolyte): 전해질은 이온이 이동함으로써 전기를 전도할 수 있는 매체이지만 전자를 전도하지 않습니다. 리튬 이온 배터리에서는 주로 유기 용매에 녹인 리튬 염이 전해질로 사용됩니다.
전류 수집기(Current Collectors): 전류 수집기는 전극에서 외부 회로로 전자의 흐름을 전달하는 배터리 구성 요소입니다. 전류 수집기는 셀의 전체 크기를 최소화하고 체적 용량을 향상시키기 위해 일반적으로 얇고 가벼운 금속 호일이 선호됩니다.
