기술명

이차 전지(Secondary Battery, Rechargeable Battery)

기술 유형

에너지, 제조

정의

이차 전지는 내부의 화학 반응을 통해 전기 에너지를 저장하고, 필요할 때 반복적으로 방전 및 충전이 가능한 재사용형 전지(배터리)를 의미한다. 즉 한 번만 사용할 수 있는 일차 전지(1회용 전지)와는 달리, 방전 후 특별한 회수 과정을 거치지 않고도 충전기 등의 외부 전원에 연결하면 원래의 상태로 복원돼 여러 차례 사용할 수 있다.

기술 개요 및 배경

이차 전지의 등장은 19세기 중반, 프랑스의 가스통 플랑테(Gaston Planté)가 최초의 납축전지를 개발하면서 시작됐다. 이후 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 그리고 리튬이온 전지 등 다양한 형태의 이차 전지가 개발되며 전자제품과 모빌리티 산업, 신재생 에너지 저장 분야에 핵심적인 역할을 하게 됐다. 화석 연료 중심의 에너지 소비 구조를 친환경적이고 지속가능한 방식으로 전환하려는 사회적 필요성과 무선·이동 기기의 급격한 확산이 이차 전지의 발전과 상용화를 촉진하는 중요한 배경이 되었다. 최근 전기자동차와 에너지 저장 시스템(ESS)의 대중화로 인해 이차 전지의 중요성은 더욱 부각되고 있다.

주요 기능 및 원리

이차 전지는 크게 양극(+)·음극(-)·전해질·분리막 등으로 구성된다. 충전 시에는 외부 전원을 통해 전자가 음극에서 양극으로 이동하며 전지 내에 에너지가 저장된다. 방전 시 외부 회로를 통해 전자가 양극에서 음극으로 흐르며 저장된 에너지가 전기장치로 방출된다. 이러한 전기화학적 산화환원 반응이 반복 가능하다는 점이 최대의 특징이다. 리튬이온 전지의 경우, 리튬 이온이 전해질을 이동하는 과정에서 에너지가 이동한다.

활용 분야

이차 전지는 스마트폰, 노트북, 태블릿 등 다양한 모바일 IT기기뿐만 아니라, 전기자동차(EV), 하이브리드 자동차, 전동공구, ESS(에너지저장장치), 태양광 및 풍력과 결합한 분산형 발전 시설, 드론, 의료기기 등 넓은 분야에 필수적으로 적용되고 있다. 전력망과 연계한 대규모 전력저장 시설이나 재난·비상용 전원장치 등도 주요 활용처이다.

기술적 장점 및 한계

이차 전지는 반복 사용으로 비용 효율성을 높이고, 친환경 에너지 전환을 촉진하며, 소형화 및 경량화가 가능하다. 특히 리튬이온 전지는 에너지 밀도가 높아 이동 기기와 전기차 등에 최적화되어 있다. 하지만 화재 및 폭발 등 안전성 문제, 충·방전 수명 한계, 충전시간, 원자재 확보 및 재활용 문제 등이 한계점으로 지적된다. 최근에는 전고체 배터리 등 후속 기술이 이러한 단점을 극복하기 위해 개발되고 있다.

관련 기술

일차 전지(알카라인, 망간 전지 등), 연료전지, 전고체 배터리, 그래핀 배터리, 슈퍼커패시터 등이 이차 전지 기술과 연관되거나 경쟁하는 기술이다.

이칭(alias)

재충전지, 충전식 전지, 충전지, Secondary Battery, Rechargeable Battery, Accumulator, 재사용 전지 등

참고 정보

국제전기기술위원회(IEC) 자료, 각국의 배터리 기술 표준, 한국에너지공단, LG에너지솔루션, 삼성SDI, Panasonic, CATL 등 주요 배터리 제조사의 공식 웹사이트 및 백서, 한국전지산업협회, 관련 특허출원 문헌