고출력에 충방전 사이클 특성이 뛰어난 리튬이온 2차전지(LiB)가 각광을 받고 있다.
EV(전기자동차)의 동력원으로 사용되는 자동차용 LiB는 에너지밀도 향상에 관심이 집중되고 있으나 주택용 태양광발전 등에 사용되는 고정용은 고출력이 요구되고 있다.
LiB는 용도에 따라 요구 성능이 상이한 것으로 파악되고 있다.
EV용은 항속거리 연장이 요구됨에 따라 고용량 타입, 즉 에너지밀도 향상에 연구개발(R&D)이 집중되고 있는 반면, 동력공구 및 재생에너지 출력 변동대책용은 단시간에 입출력을 반복할 수 있는 출력성능이 요구되고 있다. 오토바이 시동용 배터리 및 HV(하이브리드자동차)도 마찬가지이다.
그러나 LiB는 성질상 여러 특성을 겸비할 수 없어 용도에 따라 구분해 제조하거나 사용해야 하는 특징이 있다.
최근에는 자동차용으로 투입되는 고용량 타입에 대한 관심이 압도적으로 높은 것으로 파악되고 있다
고용량 타입은 양극재로 삼원계, 음극재로 실리콘계, 분리막으로 코팅 타입의 부가가치제품이 대두되고 있으며 새로운 소재 및 조성에 대한 재검토가 활발하게 이루어지고 있다.
반면, 고출력 타입은 양극재로 인산철리튬, 음극재로 카본계, 분리막으로 범용 그레이드를 사용하고 있으며 시장이 이미 성숙된 상태라는 의견이 주류를 이루고 있다.
그러나 가정 및 사무실 등에 설치하는 고정용 LiB를 탑재한 축전 시스템은 앞으로 용량보다는 출력, 특히 충방전 사이클 특성에 대한 요구가 높아져 고출력 타입 수요가 신장할 것으로 예측되고 있다.
일본은 2009년 시작한 주택용 태양광발전 고가 매입제도가 2019년 종료될 예정이다.
매입가격은 이후 kg당 48엔에서 11엔으로 대폭 하락해 전기를 판매하기보다 자택에서 사용하는 쪽에서 인센티브가 발생할 것으로 예상되고 있으며 자택에서 생성한 전기를 효율적으로 사용하기 위해서는 축전지가 필수적이어서 고출력 타입에 대한 관심이 높아지고 있다.
태양전지 생산기업들도 태양광발전 자가소비 니즈에 대응하기 위해 축전지를 포함한 시스템 제안을 강화하고 있다.
최근 10년간 가정용 시스템을 가장 많이 판매한 샤프(Sharp)는 신규 수요에 대응하기 위해 외부에서 조달한 LiB 셀을 이용한 축전 시스템을 공급하고 있으며 2018년 상반기 새로운 모델을 출시할 계획이다.
축전지를 활용한 가상발전소(VPP) 구상도 고출력 타입의 수요 신장을 견인하고 있다.
VPP는 분산된 발전 및 축전설비를 AI(인공지능) 등으로 통합·제어해 하나의 발전소와 같이 활용하는 것으로 전력기업, 전자 및 전지 생산기업을 중심으로 실증시험을 진행하고 있다.
대부분 기술적으로 문제가 없는 것으로 알려져 2020년 이후 본격 운용될 것으로 예상되고 있다.
가정용 및 VPP용으로는 대량의 전기를 저장할 수 있는 고용량 타입에 비해 전기 사용상황에 따라 순간적인 입출력이 가능한 고출력 타입이 적합한 것으로 분석되고 있다.
양극재에 인산철리튬을 사용한 LiB는 전압 및 용량이 삼원계에 비해 크게 떨어지나 충방전 사이클 특성은 뛰어난 특징이 있다.
일본 ELIIY Power가 공급하고 있는 인산철리튬 LiB는 충방전을 1만2000회 실시한 후 용량 유지율이 80.1%에 달해 수명이 최고 수준인 것으로 파악되고 있다.
도시바(Toshiba)는 음극재에 티탄산리튬을 사용하고 있으며 해당제품 역시 충방전을 1만5000회 반복한 후에도 용량을 80% 이상 유지할 수 있는 것으로 알려졌다.
모두 하루에 충방전을 2회 실시할 수 있는 수준이어서 가정용 및 VPP용으로 적합한 것으로 평가되고 있다.
물론 EV를 고정용 LiB 시스템으로 병용하면 도입 코스트가 억제될 뿐만 아니라 빈번한 충방전이 불필요할 가능성이 높으나 LiB는 성질상 용도에 따라 구분해 사용해야 하는 점에 주의해야 할 것으로 지적되고 있다.
최적의 환경에서 최고의 효과를 내지 못하면 소비자의 불신으로 이어질 가능성이 있기 때문으로, 산업 발전을 위해서도 LiB 특성 차이에 대한 인식 향상이 요구되고 있다.