배터리는 사용하는 소재와 작동 방식에 따라 다양한 이름으로 불립니다. 명칭이 달라도 같은 계열에 속할 수 있고, 비슷하더라도 작동 방식은 다를 수 있는데요. 익숙하게 접하는 배터리도 서로 어떤 관계이며 무엇이 다른지는 헷갈리기 쉽습니다.
이번 콘텐츠에서는 LFP(리튬인산철) 배터리와 리튬이온배터리, 리튬폴리머배터리(Lithium-Polymer Battery)와 리튬이온배터리의 관계를 살펴봅니다. 이어 연료전지(Fuel Cell)와 2차 전지가 어떻게 다른지도 알아볼 텐데요. 세 가지 OX 퀴즈를 풀며 헷갈리기 쉬운 배터리의 관계와 차이를 알아보세요!
Q1. LFP 배터리와 리튬이온배터리는 어떻게 다른가요?
LFP 배터리는 양극재에 리튬인산철(LiFePO₄)을 사용하는 리튬이온배터리의 한 종류입니다. 리튬이온배터리는 충·방전 과정에서 리튬 이온이 양극과 음극 사이를 오가며 작동하는데요. 사용하는 양극재에 따라 LFP, 니켈·코발트·망간을 조합한 NCM 등으로 구분됩니다. 이처럼 LFP와 NCM의 기본 작동 원리는 같지만, 양극재가 달라 서로 다른 특성을 나타냅니다.
일반적으로 LFP는 가격 경쟁력과 열적 안정성에 강점이 있고, NCM 계열은 높은 에너지 밀도를 구현하는 데 유리합니다. 그래서 배터리를 선택할 때는 이러한 차이를 바탕으로 용도에 필요한 에너지 밀도와 비용 등을 고려합니다. 다만 실제 안전성과 수명은 셀 설계와 사용 조건 등에도 영향을 받으므로, 양극재의 특성만으로 판단하기는 어렵습니다.
전기차 관련 소식에서 ‘LFP 배터리가 사용됐다’는 표현을 보면, 리튬이온배터리 대신 다른 방식의 배터리를 사용한다는 뜻이 아니라 LFP 양극재를 적용한 리튬이온배터리를 사용했다는 의미로 이해하면 됩니다.
정답은 X입니다. LFP 배터리는 양극재에 리튬인산철을 사용하는 리튬이온배터리의 한 종류입니다.
*전지전능한 전지 이야기 – LFP 배터리, 가격 경쟁력과 안전성으로 시장의 흐름을 바꾸다 보러가기
Q2. 리튬이온배터리와 리튬폴리머배터리의 차이는 무엇인가요?
리튬폴리머배터리(Lithium-polymer Battery)는 고분자(Polymer) 기반 전해질을 사용하는 리튬이온배터리입니다. 전해질은 배터리 내부에서 리튬 이온이 양극과 음극 사이를 이동하도록 돕는 물질인데요. 리튬폴리머배터리는 일반적인 액체 전해질 기반의 리튬이온배터리와 전해질의 구성과 구조가 다르지만, 리튬 이온의 이동으로 충·방전하는 기본 원리는 같습니다.
고분자 전해질은 고분자와 리튬염으로 구성되며, 종류에 따라 액체 전해질이나 용매 등을 함께 포함합니다. 대표적으로는 고체 고분자 전해질(Solid Polymer Electrolyte, SPE)과 겔 고분자 전해질(Gel Polymer Electrolyte, GPE)로 구분할 수 있습니다.
고체 고분자 전해질(SPE)은 액체 용매 없이 고분자에 리튬염을 녹여 만든 고체 형태의 전해질입니다. 여기서 고분자는 리튬염을 녹이는 고체 용매 역할을 하며, 리튬 이온이 이동할 수 있도록 돕습니다. 액체 전해질과 비교했을 때 휘발성이 낮고 유연성이 있지만, 전극 표면과 충분히 접촉하지 못하는 부분이 생길 수 있습니다. 이로 인해 전해질과 전극 사이의 저항이 높아지면 배터리의 효율과 수명에 영향을 줄 수 있어 이를 해결하는 것이 중요한 과제로 꼽히고 있습니다.
겔 고분자 전해질(GPE)은 고분자 구조 내부에 액체 전해질이 포함된 겔 형태의 전해질입니다. 액체 전해질의 높은 이온전도성과 고분자의 기계적 특성을 함께 활용하며, 액체 전해질의 누출 가능성을 줄이는 데 도움이 됩니다. 또한 충·방전 중 전극의 부피 변화에 대응해 전극에 가해지는 기계적 부담과 손상 가능성을 줄일 수 있습니다. 아울러 덴드라이트(Dendrite)*의 형성을 억제해, 내부 단락의 위험을 줄이는 데도 기여할 수 있습니다.
따라서 리튬폴리머배터리를 이해할 때는 고분자 전해질을 사용한다는 점과 함께, 전해질의 종류에 따라 액체 성분이 포함될 수 있다는 점도 알아두면 좋습니다.
정답은 O입니다. 리튬폴리머배터리도 리튬 이온이 양극과 음극 사이를 이동하며 충·방전합니다. 일반적인 리튬이온배터리는 액체 전해질을 사용하고, 리튬폴리머배터리는 고분자 전해질을 사용한다는 차이가 있습니다.
Q3. 연료전지와 2차 전지는 어떻게 다른가요?
2차 전지는 충전한 에너지를 내부에 저장했다가 사용하고, 연료전지는 외부에서 공급받는 연료와 산화제의 반응으로 전기를 생산합니다. 두 장치 모두 전기화학 반응으로 전기를 공급하지만, 에너지를 얻는 방식이 다른 것이죠.
먼저 2차 전지는 충전해서 반복 사용할 수 있는 배터리입니다. 충전할 때는 공급받은 전기에너지를 화학에너지로 저장하고, 사용할 때는 이를 다시 전기에너지로 변환합니다. 2차 전지에는 납축전지, 니켈카드뮴전지, 니켈수소전지 등이 있으며, 스마트폰이나 전기차에 사용하는 리튬이온배터리도 여기에 속합니다.
연료전지도 이차전지처럼 두 개의 전극과, 그 사이에서 이온이 이동하도록 돕는 전해질로 구성됩니다. 다만 내부에 저장한 에너지를 사용하는 2차 전지와 달리, 연료전지는 외부에서 공급받는 연료와 산화제의 반응으로 전기를 생산합니다.
대표적인 예가 수소연료전지입니다. 연료극(음극)에는 수소를, 공기극(양극)에는 산소가 포함된 공기를 공급하는데요. 수소가 연료극에서 반응하며 내놓은 전자가 외부 회로를 따라 이동하면서 전류가 흐릅니다. 공기극에서는 산소가 반응에 참여해 물이 만들어지며, 전체 과정에서 열도 발생하죠. 필요한 운전 조건이 유지되면 연료와 산화제가 공급되는 동안 전기를 계속 생산할 수 있습니다.
정답은 X입니다. 2차 전지는 충전한 에너지를 저장했다가 사용하지만, 연료전지는 외부에서 공급받은 연료와 산화제의 반응으로 전기를 생산합니다.
핵심 Q&A
Q. LFP(리튬인산철) 배터리는 리튬이온배터리와 다른 종류인가요?
LFP 배터리는 양극재에 리튬인산철(LiFePO₄)을 사용하는 리튬이온배터리의 한 종류입니다. 리튬이온배터리는 사용하는 양극재에 따라 LFP, 니켈·코발트·망간을 조합한 NCM 등으로 구분되며, 리튬 이온이 양극과 음극 사이를 오가며 충·방전하는 기본 원리는 같습니다.
Q. LFP 배터리와 NCM 배터리는 어떤 특성이 다른가요?
일반적으로 LFP 배터리는 가격 경쟁력과 열적 안정성에 강점이 있고, NCM 배터리는 높은 에너지 밀도를 구현하는 데 유리합니다. 다만 실제 배터리의 안전성과 수명은 양극재뿐 아니라 셀 설계와 사용 조건 등에도 영향을 받습니다.
Q. 리튬폴리머배터리와 리튬이온배터리의 차이는 무엇인가요?
리튬폴리머배터리는 고분자 기반 전해질을 사용하는 리튬이온배터리입니다. 일반적인 액체 전해질 기반 리튬이온배터리와 전해질의 구성·구조가 다르지만, 리튬 이온의 이동으로 충·방전하는 기본 원리는 같습니다.
Q. 연료전지와 2차 전지는 어떻게 다른가요?
2차 전지는 충전한 에너지를 내부에 저장했다가 사용하고, 연료전지는 외부에서 공급받는 연료와 산화제의 반응으로 전기를 생산합니다. 2차 전지는 저장한 에너지가 줄어들면 다시 충전해야 하며, 연료전지는 필요한 운전 조건이 유지되면 연료와 산화제가 공급되는 동안 전기를 생산할 수 있습니다.
지금까지 OX 퀴즈를 통해 LFP 배터리와 리튬이온배터리, 리튬폴리머배터리의 관계와 연료전지, 2차 전지의 차이를 살펴봤습니다. LFP 배터리는 양극재를, 리튬폴리머배터리는 전해질을 기준으로 구분한 리튬이온배터리의 한 종류입니다. 이름이 달라도 같은 범주에 속하는 것이죠. 반면 연료전지는 2차 전지와 이름도 구성도 비슷하지만, 에너지를 얻는 방식이 전혀 다릅니다. 결국 배터리의 이름을 이해할 때는 무엇을 기준으로 구분한 이름인지 함께 살펴보는 것이 중요합니다. 앞으로도 배터리인사이드와 함께 다양한 배터리 기술과 그 안에 담긴 원리를 알아보세요!
