IT 기기의 심장, 리튬의 미래는 밝을까?

2025년의 우리는, 스마트폰, 노트북, 태블릿, 키보드, 마우스를 비롯한 각종 게임 장비에 이르기까지 전기를 사용하는 수많은 IT 기기들과 함께 살아가고 있다. 심지어 전기 자동차는 전기의 블랙홀이다.  이 기기들의 심장 역할을 하는 것이 바로 리튬이온 배터리.

높은 에너지 밀도와 효율성 덕분에 리튬은 전기차 시대를 이끈 핵심 소재이자, 사실상 전원 코드 없는 모든 기기의 필수불가결한 존재로 자리잡고 있다. 하지만 이 리튬의 미래가 마냥 장밋빛인 것만은 아니라는 것이 문제다.

■ 화려함과 편리함 뒤에 숨겨진 그늘, 리튬이 더 이상 없을 수도...

성능, 가격, 그리고 크기 등에서 배터리의 핵심 부품으로 잡아, 아예 리튬이온 배터리로도 불리지만, 리튬은 뛰어난 성능만큼이나 몇 가지 치명적인 문제점을 안고 있다.

첫째는 안전성 문제를 들 수 있다. 리튬이온 배터리는 과열이나 충격에 의해 폭발하거나 화재가 발생할 위험이 있다. 과거 휴대폰이나 전기차에서 발생했던 화재 사고는 거의 모두 이와 관련된 것이라 할 수 있다. 이는 리튬이온 배터리의 핵심인 액체 전해질이 인화성이 높은 유기물질이기 때문이다.

높은 가격과 공급망 불안정성도 문제다. 대부분의 중요 자원이 그렇듯, 리튬 역시 일부 지역에 편중되어 매장되어 있다. 주로 남미, 호주 그리고 중국 정도다. 이로 인해 공급망이 불안정하고, 이는 리튬 가격 상승으로 이어져 최종 제품 가격을 높이는 요인이 되곤한다. 

무엇보다 환경 문제도 까다롭다. 리튬 배터리에는 독성 화학 물질이 포함되어 있어 폐기 및 재활용 과정이 상당히 까다롭다. 제대로 처리하지 않을 경우 환경에 심각한 해를 끼칠 수 있어, 지속 가능한 순환 경제를 구축하는 것이 매우 중요한 과제다.

물론, 리튬의 한계를 극복하기 위해 전 세계적으로 다양한 연구와 기술 개발이 활발히 진행되고 있다.

전고체 배터리는 현재 가장 주목받는 기술 중 하나다. 액체 전해질 대신 고체 전해질을 사용하여 폭발 및 화재 위험을 크게 낮출 수 있다. 또한 에너지 밀도를 높여 배터리 수명을 늘리는 데에도 유리하다.

리튬황/리튬메탈 배터리는 기존 리튬이온 배터리보다 이론상 에너지 밀도가 훨씬 높아, 전기차의 주행거리를 획기적으로 늘릴 수 있는 잠재력을 가졌다고 평가된다.

나트륨 이온 배터리도 있다. 우리가 화학시간에 배운 것을 생각해보면, 같은 족 화합물은 비슷한 성질이 있어, 리튬보다 자원이 풍부하고 가격이 저렴한 나트륨을 활용하여 경제성을 높일 수 있다. 이에 대한 연구도 점점 늘고 있다. 

배터리 관리 시스템(BMS)도 중요하다. 하드웨어뿐만 아니라 소프트웨어 기술도 매우 중요한 요소이기 때문이다. AI와 클라우드 기술을 활용해 배터리 상태를 실시간으로 모니터링하고 수명을 예측하는 기술이 활발히 개발되고 있는 실정이다. 

리튬이온 배터리는 이제 우리 삶에서 중요한 역할을 하고 있으며, 앞으로도 계속해서 개선될 것으로 보인다. 리튬의 한계와 문제점을 해결하기 위한 차세대 기술 경쟁은 이미 시작되었다고 할 것이다. 가까운 미래, 우리는 지금보다 훨씬 더 안전하고, 오래가며, 저렴한 배터리를 탑재한 IT 기기들을 만나게 될 것이다.

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