추가 적립 안내

보급하는 데 필요한 효율 향상ㆍ비용 절감을 실현하기 위해 아주 오래전부터 실용화된 실리콘의 단결정/다결정/박막계, 고효율 태양전지의 대표인 III-V 화합물계, 저비용 고효율이 특징인 CdTe, CIS계에 더하여, 최근에는 연구개발 인구가 증가함으로써 효율이 급상승한 페로브스카이트계 등에 대한 기술적 검토가 이루어지고 있다. 이에 더해 미래의 초고율화를 위한 차세대 태양전지도 주목받고 있다.

이미 이용되고 있는 가정용 태양전지, 태양전지 발전소용 전지와 더불어, 농업용 솔라 셰어링(Solar sharing), 제로에너지빌딩(net Zero Energy Building) 구현, 환경발전이라는 관점에서, 건재 일체형 태양전지, 실내에서 고효율을 실현할 수 있는 태양전지, 전기차(BEV)나 하이브리드 자동차(HEV, PHEV)용 태양전지, 비행기용 태양전지(솔라 임펄스), 히트펌프 등을 활용한 열 수요에 대한 전력 에너지 공급 등의 용도에 따른 태양전지가 요구되고 있다.

이에, IRS글로벌은 주목받고 있는 (전고체)이차전지, 연료전지, 태양전지 분야에 관심이 있는 기관ㆍ업체의 실무담당자들에게 연구개발, 사업전략 수립의 기초자료를 제공하기 위하여, 본서를 기획하였다.

모쪼록 유용한 정보로 활용되어 미력하나마 전지 관련 산업의 경쟁력 강화에 기여할 수 있는 자료가 되기를 기대해본다.

Ⅰ. 이차전지의 기술개발ㆍ사업화 동향과 향후 전망

1. (전고체)이차전지 개발 동향과 시장 전망
1-1. 리튬이온전지의 개요
1) 개념과 가격
2) 원리 및 구조
3) 소재별 주요 동향
(1) 양극재
(2) 음극재
(3) 분리막
(4) 전해질
4) 생산 공정
5) 장애 요소
1-2. 국내외 리튬이온전지 시장 동향과 전망
1) 글로벌 이차전지 시장 동향과 전망
(1) 용도별 시장규모 및 전망
(2) 종류별 시장규모 전망
(3) 국가별 시장규모 전망
2) 이차전지 소재별 시장 동향과 전망
(1) 소재별 시장규모 및 전망
(2) 양극재 분야 시장 점유율과 서플라이체인
(3) 음극재 분야 시장 점유율과 서플라이체인
(4) 분리막 분야 시장 점유율과 서플라이체인
(5) 전해액 분야 시장 점유율과 서플라이체인
3) 국내 이차전지 산업 이슈
(1) 국내 소재 기술 수준 미흡
(2) 차세대전기 기술 공동 개발
(3) LG에너지솔루션-SK이노베이션 미국 국제무역위원회(ITC) 소송 최종 판결
4) 국내 이차전지 서플라이체인
(1) LG화학(LG에너지솔루션)
(2) SK이노베이션(SK온)
(3) 삼성SDI
1-3. 그래핀 배터리 시장 전망과 개발 동향
1) 기술 개요
(1) 개념
(2) 기존 전지와의 차이점
2) 그래핀 전지의 新기능
(1) AC 라인 필터링을 갖춘 슈퍼 캐퍼시터
(2) 유연한 에너지저장장치
(3) 신축 가능한 전지와 슈퍼 캐퍼시터
(4) 급속 충전 리튬이온 전지
(5) 웨어러블 디바이스용 전지
(6) 경량 디바이스용 초박형 집전 장치
(7) 투명 전지와 슈퍼 캐퍼시터
(8) 수명이 긴 전지
(9) 고체 전해질 및 분리기로서의 산화 그래핀
(10) 배터리의 에너지 밀도를 갖춘 슈퍼 캐퍼시터
(11) 반투성(半透性) 산화 그래핀막
(12) 바인더와 무첨가 전극
3) 최근 연구 동향
(1) 최적화된 그래핀/실리콘 나노 컴포지트에 근거한 리튬이온 전지
(2) 그래핀 기반의 셀 파우치
(3) 고용량 에너지 저장용 그래핀 라미네이트 필름
(4) 레이저 유도 그래핀 기반 전극
4) 주요 업체별 동향
(1) 美ㆍ中 벤처기업이 잇달아 개발
(2) 나노테크에너지 : 사업화 속도 향상
(3) 나노그래프 : 군사 및 EV 등으로 전개
(4) 야데아 : 전기이륜차에 탑재
(5) 도레이 : 극박 그래핀 분산액 개발
(6) 한국과학기술연구원 : 리튬이온전지를 신개념 그래핀 구조체로 구현
5) 시장 규모와 향후 과제
1-4. 전고체전지 시장 전망과 개발 동향
1) 개념
2) 종류
(1) 선두를 달리는 유화물계
(2) 타지 않는 산화물계
(3) 기대할 만한 폴리머계
3) 글로벌 전고체전지 시장규모 전망
(1) 용도별ㆍ지역별 시장규모 전망
(2) 가격 전망
4) 국가별 주요 기술개발 동향
(1) 일본
(2) 중국
(3) 미국
5) 주요 기술개발 이슈
(1) 고이온전도 고체전해질 기술
(2) 고체전해질 대기 및 수분 안정성 확보 기술
(3) 복합 전극 제조 기술
(4) 바이폴라 전극 제조 기술
(5) 셀 제조 기술
(6) 리튬 메탈 음극 제조 기술
(7) 3D프린터로 전고체전지 생산
6) 주요 업체별 기술동향 및 사업전략
(1) 토요타
(2) 볼로레
(3) 솔리드파워
(4) 퀀텀스케이프
(5) LG에너지솔루션
(6) 삼성SDI
(7) 현대자동차
7) 전고체전지 스타트업의 업계 지도와 자금 조달 랭킹
(1) 전고체전지의 업계 지도(카오스맵)
(2) 전고체전지 스타트업의 자금 조달 금액 랭킹
(3) 업계의 M&A
(3) 주요 전고체전지 스타트업
(4) 전고체전지 분야에 적극적인 VC, PE 펀드 및 전략적 투자가
8) 향후 연구개발 동향
(1) 배터리의 용량 확대ㆍ출력 강화
(2) 전해질의 고체화로 성능 향상
(3) EV용에 적합한 특성을 가진 Li-S계 이차전지
(4) 전고체 Li-S계 이차전지 - 전극 재료 모색
(5) 리튬이온 이차전지의 성능 향상
(6) MLCC(적층세라믹콘덴서) 기술 활용

2. 이차전지의 킬러 애플리케이션별 최근 이슈와 시장 전망
2-1. 스마트 디바이스 분야
1) 스마트 디바이스용 배터리 시장 동향과 전망
(1) 국내외 시장규모 전망
(2) 주요 업체별 시장점유율
2) 스마트폰 시장 동향과 전망
(1) 세계 시장
(2) 국내 시장
3) 태블릿 시장 동향과 전망
(1) 세계 시장
(2) 국내 시장
4) 웨어러블 디바이스 시장
(1) 세계 시장
(2) 국내 시장
5) 스마트워치 시장
6) 이어웨어(무선 이어폰) 시장
(1) 시장 동향
(2) 주요 업체별 동향
2-2. 전기차(xEV) 분야
1) 전기차용 이차전지 시장 동향과 전망
(1) 중ㆍ대형 이차전지 시장규모 및 전망
(2) 주요 업체 및 점유율 현황
(3) 서플라이체인
2) 주요 업체별 대응 동향(미국 시장 중심)
(1) LG에너지솔루션(LG화학)
(2) 파나소닉
(3) 삼성SDI
(4) SK이노베이션
(5) CATL
3) 국내 시장 동향과 전망
(1) 국내 시장규모 전망
(2) 세계시장에서 우리나라 점유율
(3) 생산ㆍ수출 동향
(4) 경쟁력 수준
(5) 시장 선도 현황
(6) 소재ㆍ부품ㆍ원재료 한계
4) 전기차용 배터리 관련 주요 이슈
(1) 전고체 배터리
(2) 코발트 free 배터리
(3) 실리콘 소재 활용
(4) 포스트 리튬이온전지
5) 글로벌 전기차(xEV) 시장 동향과 전망
(1) 연도별 판매 동향
(2) 모델별 판매 동향
(3) 메이커별 판매 순위(Top 20)
(4) 유럽 판매 동향
(5) 중국 판매 동향
(6) 미국 판매 동향
(7) 일본 판매 동향
6) 주요 완성차 업체별 로드맵
(1) Tesla
(2) BYD
(3) SGMW(SAIC-GM-우링 자동차)
(4) Volkswagen
(5) BMW
(6) Daimler
(7) SAIC(상하이 자동차)
(8) Volvo
(9) Audi
(10) Hyundai
(11) Kia
(12) Toyota
(13) Ford
(14) GM
7) 글로벌 전기 상용차 시장 동향과 전망
(1) 글로벌 보급 동향과 전망
(2) 미국 트럭 시장
(3) 중국 전기트럭 시장
(4) 국내 전기버스 시장
8) 국내 전기차(xEV) 시장동향과 전망
(1) 시장 규모와 전망
(2) 업체별ㆍ모델별 판매 동향
2-3. 에너지저장장치(ESS) 시장 동향과 전망
1) 국내외 ESS 시장규모
(1) 글로벌
(2) 북미
(3) 중국
(4) 국내
2) 주요국별 ESS 시장 및 정책 추진 동향
(1) 미국
(2) 중국
(3) 일본
(4) 국내

3. 이차전지 소재 분야 주요 기업별 개발 및 대응 동향
3-1. 해외
1) Cell
(1) 닝더스다이(CATL)
(2) 파나소닉(PANASONIC)
(3) 비야디(BYD)
2) 양극재
(1) 스미토모(SUMITOMO Metal)
(2) 유미코아(UMICORE)
(3) 바스프(BASF)
3) 음극재
(1) 신에츠(SHINETSU)
(2) 닝보샨샨(Ningbo Shanshan)
(3) 도카이카본(Tokai Carbon)
4) 전해질
(1) 천사첨단신소재(GUANGZHOU TINCI)
(2) 미쓰비시화학(MITSUBISHI CHEMICAL)
(3) 센젠(SHENZHEN CAPCHEM)
5) 분리막
(1) ASAHIKASEI E-MATERIALS
(2) 도레이(TORAY BSF)
(3) SHEZHEN SENIOR
6) 차세대 이차전지
(1) IBM
(2) 무라타제작소(MURATA MANUFACTURING)
(3) 볼로레(BOLLORE) 그룹
(4) 아이오닉 머티리얼즈(IONIC MATERIALS)
(5) 솔리드파워(SOLID POWER)
(6) TDK
(7) 히타치조선(HITACHI ZOSEN)
(8) 콘티넨탈(CONTINENTAL)
3-2. 국내
1) LG에너지솔루션
2) 삼성SDI
3) SK온
4) 포스코케미칼
5) 현대자동차
6) LS엠트론
7) 에코프로비엠
8) 대주전자재료
9) 파낙스이텍
10) 성일하이텍

4. 환경산업으로 주목받는 폐배터리 재활용 시장 동향과 전망
4-1. 개요
1) 재이용 시스템의 중요성
2) 배터리의 수명
3) 배터리의 재활용
4) 순환 사이클 구축
5) 중요한 광물의 회수
6) 주요 사례
(1) Redwood Materials
(2) Li-Cycle
7) 활성화를 위한 대응 동향
4-2. 국내외 시장 동향과 전망
1) 글로벌 시장규모 전망
(1) 시장규모 전망
(2) 소재별 시장규모 전망
(3) 공급원별 시장규모 전망
(4) 지역별 시장규모 전망
2) 국내 시장규모 전망
(1) 시장규모 전망
(2) 소재별 시장규모 전망
(3) 공급원별 시장규모 전망
3) 미국
(1) EV용 폐배터리의 재활용 현황
(2) DOE에 의한 리튬이온 전지의 재활용을 위한 시책
(3) 주요 재활용 업체의 동향
4) 유럽
(1) 순환 경제를 위한 배터리 규제 개정안 발표
(2) 국제 표준화를 위한 포석
(3) 동아시아의 주력 기업을 견제
(4) 배터리 자원 대국으로 가는 전략
(5) 시장 원리에 의존하지 않는 배터리 재활용
4-3. 주요 참여업체별 추진 동향과 전략
1) 폐배터리 재활용 업체의 주요 동향
(1) 레드우드 머터리얼즈(Redwood Materials)
(2) 배터리 리소서스(Battery Resourcers)
(3) 유미코아(Umicore)
(4) Retriev Technologies
(5) INMETCO
(6) 성일하이텍(SungEel HiTech)
(7) 에코프로(ECOPRO)
2) 완성차ㆍ배터리 업체의 진출 동향
(1) 원재료 수입 대체 효과
(2) 테슬라 : 배터리 소재의 92% 회수
(3) ESS로 배터리 재사용

5. 주요 이차전지별 연구개발 현황과 주요국별 비교
5-1. 주요 이차전지별 연구개발 동향
1) 리튬이온 전지
2) 리튬 금속 전지
3) 리튬 전이금속 산화물 전지
4) 리튬 유황 전지
5) 리튬 공기 전지
6) 리튬 전고체 전지
5-2. 전지별 주목할 만한 동향
1) 전지별 최근 동향
(1) 리튬이온 전지
(2) 리튬금속 전지
(3) 전고체 전지
2) 주목할 만한 프로젝트
5-3. 이차전지별 향후 과제
1) 리튬이온 전지
2) 리튬 금속 전지
5-4. 주요국별 기술개발 현황 비교
1) 중국
(1) 기초 연구
(2) 응용 연구ㆍ개발
2) 일본
(1) 기초 연구
(2) 응용 연구ㆍ개발
3) 미국
(1) 기초 연구
(2) 응용 연구ㆍ개발
4) 유럽
(1) 기초 연구
(2) 응용 연구ㆍ개발
5) 한국
(1) 기초 연구
(2) 응용 연구ㆍ개발

6. 전고체전지 연구개발 및 특허 통계 분석
6-1. 전고체전지 연구개발 통계 분석
1) 분석절차
2) 연도별 연구 동향
3) 인용 상위 연구
4) 주요 단어 및 네트워크 분석
5) 주제 분석
6) 연구 주제별 평균 인용 수
7) 연도별 주요 학술지
8) 주제별 전망
9) 오픈엑세스 저널 비율
10) 펀딩연구의 비율
6-2. 전고체전지 특허 통계 분석
1) 분석절차
2) 연도별 특허 동향
3) 국가별 출원 동향
4) 기업별 출원 동향
5) 인용 상위 특허
(1) Slurry, method for producing solid electrolyte layer,~
(2) Binder composition for batteries, slurry for battery electrodes,~
6) 주요 단어 및 네트워크 분석
7) 주제 분석
8) 평균 인용 수
9) 주제별 전망

Ⅱ. 연료전지와 수요산업의 향후 전망 및 기술개발 동향

1. 연료전지 개발 동향과 시장 전망
1-1. 연료전지 개요
1) 연료전지 개념과 원리
(1) 개념과 개발 이력
(2) 연료전지 작동원리
2) 연료전지 시스템 구조
(1) 개질기(Reformer)
(2) 스택(Stack)
(3) 전력변환기(Inverter)
(4) 주변보조기기(BOP, Balance of Plant)
3) 연료전지 장단점 및 이차전지와의 차이점
(1) 연료전지의 장ㆍ단점
(2) 발전용 연료전지의 장ㆍ단점
(3) 수소연료전지차로서의 장ㆍ단점
(4) 이차전지와의 차이점
4) 연료전지의 분류
(1) 인산형 연료전지(PAFC)
(2) 용융탄산염 연료전지(MCFC)
(3) 고체산화물 연료전지(SOFC)
(4) 고체고분자 연료전지(PEFC)
1-2. 국내외 연료전지 시장 동향과 전망
1) 국내외 연료전지 시장 동향과 전망
(1) 세계 시장
(2) 국내 시장
(3) 주요 이슈
2) 주요국별 수소ㆍ연료전지 활용 동향
(1) 독일
(2) 미국
(3) 중국
(4) 일본
3) 국내 연료전지 시장 동향과 전망
1-3. 용도별 연료전지 연구개발 현황
1) 고정형 연료전지
(1) 개요
(2) 고체 산화물 연료전지(SOFC)
(3) 양성자 교환막 연료전지(PEMFC)
(4) 인산 연료전지(PAFC)
(5) 용융 탄산염 연료전지(MCFC)
(6) 알칼리 연료전지(AFC)
(7) 향후 전망
(8) 국내 현황과 과제
2) 자동차용 연료전지
(1) 개요
(2) 현대자동차
(3) 토요타자동차
(4) 혼다
(5) GM
(6) 뉴 플라이어(New Flyer)
(7) Benz
(8) BMW
3) 국가별 연료전지 경쟁력
(1) 주요국별 비교
(2) 우리나라의 경쟁력 수준

2. 국내외 수소 모빌리티 개발 동향과 시장 전망
2-1. 수소연료전지차 시장 동향과 전망
1) 글로벌 시장 동향과 전망
(1) 제조사별 판매 현황
(2) 지역별 판매 현황
(3) 수소자동차 트렌드
(4) 수소 경쟁력
(5) 시장 전망
2) 수소 상용차 시장
(1) 시장규모
(2) 지역별 시장 및 개발 동향
(3) 주요업체별 경쟁 구도
3) 중국 시장 동향과 전망
(1) 연료전지 상용화 추진
(2) 시장 규모
(3) 해외 업체들의 중국 시장 진출 현황
4) 국내 내수 및 수출 동향
(1) 내수
(2) 수출
2-2. 수소연료전지 항공기 개발 동향
1) 에어버스의 발표 경위와 주변 동향
2) 기존의 가스 터빈 엔진
3) 신규 기술 동향
4) 향후 전개 방향
2-3. 수소연료전지 열차 개발 동향
1) 개요
2) 개발 이력
3) 주요 개발 사례
(1) 독일
(2) 일본
(3) 중국
(4) 프랑스
(5) 영국
(6) 한국

3. 연료전지 발전 산업 동향
3-1. 연료전지 생산 및 발전 규모
1) 생산 실적
2) 발전량 및 설비용량
(1) 발전량
(2) 설비용량
3-2. 연료전지 산업 현황
1) 총괄
(1) 종합
(2) 제조업 현황
(3) 건설업 현황
(4) 발전 및 열공급업 현황
(5) 서비스업 현황
2) 제조업 현황
(1) 기업체수/종사자수
(2) 매출액/투자액
3) 건설업
(1) 기업체수/종사자수
(2) 매출액/투자액
4) 발전 및 열 공급업
(1) 기업체수/종사자수
(2) 매출액/투자액
5) 서비스업
(1) 기업체수/종사자수
(2) 매출액/투자액

4. 연료전지 연구개발 및 특허 통계 분석
4-1. 연료전지 연구개발 동향 분석
1) 분석절차
2) 연도별 연구 동향
3) 인용 상위 연구
4) 주요 단어 및 네트워크 분석
5) 주제 분석
6) 연구 주제별 평균 인용 수
7) 연도별 주요 학술지
8) 주제별 전망
9) 오픈엑세스 저널 비율
10) 펀딩연구의 비율
4-2. 연료전지 특허 동향 분석
1) 분석절차
2) 연도별 특허 동향
3) 국가별 출원 동향
4) 기업별 출원 동향
5) 인용 상위 특허
(1) Using elastic averaging for alignment of battery stack,~
(2) Cooling unit of air compressor for fuel cell vehicle
6) 주요 단어 및 네트워크 분석
7) 주제 분석
8) 평균 인용 수
9) 주제별 전망

Ⅲ. 태양전지와 수요산업의 향후 전망 및 기술개발 동향

1. 태양전지 기술개발 동향과 시장 전망
1-1. 기술 개요
1) 태양전지의 구조와 원리
2) 밴다이어그램을 통한 태양전지 동작의 이해
3) Si 태양전지의 설계 예
4) 태양광의 스펙트럼
5) 태양전지의 효율
6) 태양광발전 시스템의 구성
(1) 태양전지 셀
(2) 태양전지 모듈
(3) 태양전지 어레이
(4) 접속반
(5) 분전반
(6) 파워 컨디셔너(PCS)
(7) 축전지
7) 태양전지의 종류
(1) 결정계 실리콘 태양전지
(2) 박막계 실리콘 태양전지
(3) 화합물계 태양전지
(4) III-V족계 태양전지
(5) 유기계 태양전지
(6) 페로브스카이트 태양전지
8) 태양광 발전 시스템 설치의 종류와 특징
1-2. 태양전지 연구개발 현황과 향후 과제
1) 연구개발 개요
2) 연구개발 동향
3) 주목할 만한 동향
(1) 결정 Si 태양전지
(2) 박막 Si계 태양전지
(3) CIS계 태양전지
(4) 집광형 태양광발전
(5) 유기박막 태양전지
(6) 색소 증감형 태양전지
(7) 페로브스카이트 태양전지
4) 주목할 만한 국내외 프로젝트
(1) 미국
(2) 독일
(3) 일본
5) 핵심 과학기술 과제
6) 주요국별 연구개발 현황 비교
(1) 일본
(2) 미국
(3) 유럽
(4) 중국
(5) 한국

2. 태양전지 연구개발 및 특허 통계 분석
2-1. 페로브스카이트 태양전지 연구개발 동향 분석
1) 분석절차
2) 연도별 연구 동향
3) 인용 상위 연구
4) 주요 단어 및 네트워크 분석
5) 주제 분석
6) 연구 주제별 평균 인용 수
7) 연도별 주요 학술지
8) 주제별 전망
9) 오픈엑세스 저널 비율
10) 펀딩연구의 비율
2-2. 태양전지 특허 동향 분석
1) 분석절차
2) 연도별 특허 동향
3) 국가별 출원 동향
4) 기업별 출원 동향
5) 인용 상위 특허
(1) Frame-less encapsulated photo-voltaic solar panel supporting solar cell modules~
(2) Solar power panel factory and process for manufacturing frame-less~
6) 주요 단어 및 네트워크 분석
7) 주제 분석
8) 평균 인용 수
9) 주제별 전망

3. 국내외 태양광 산업 동향과 향후 전망
3-1. 글로벌 태양광 발전 시장 및 도입 동향과 전망
1) 주요국별 태양광 설치량 추이
2) 태양광 주요 제품 가격 동향
(1) 폴리실리콘
(2) 웨이퍼
(3) 태양전지
(4) 모듈
3) 태양광산업 경쟁 현황
(1) 폴리실리콘
(2) 웨이퍼
(3) 태양전지
(4) 모듈
3-2. 주요국별 태양광 산업 및 시장 동향
1) 미국
(1) 시장 동향과 전망
(2) 비용 감소
(3) 정책 추진 동향
2) 인도
(1) 시장 동향과 전망
(2) 정책 추진 동향
3) 베트남
(1) 시장 동향
(2) 비용 감소
(3) 정책 추진 동향
4) 중국
(1) 시장 동향
(2) 정책 추진 동향
3-3. 국내 태양광 산업 현황
1) 국내 신재생에너지 산업 현황
(1) 총괄
(2) 제조업 현황
(3) 건설업
(4) 발전 및 열 공급업
(5) 서비스업
2) 국내 태양광 생산ㆍ발전ㆍ설비 동향
(1) 생산실적
(2) 발전실적
(3) 설비용량
3) 국내 태양광 수출입 동향
(1) 폼목 중 모듈 비중이 높음
(2) 국가별로는 미국이 1위

우리나라의 핵심 주력 산업인 이차전지가 다시금 주목받고 있으며, 세계 시장에서도 맹위를 떨치고 있는 LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK온이 K-배터리의 위상을 높여가고 있다.
이차전지는 고성능화ㆍ저비용화를 통해 지금까지 소형 디바이스에 탑재하는 것에서부터 최근에는 전기차를 포함한 ESS 등 대형기기에서의 활용까지 급속도로 발전되고 있으며, 또한, 드론, 로봇, 스마트홈 등 미래산업 핵심 기술로도 적용이 가능하며 다양한 산업으로 확장 가능성이 있다.

글로벌 이차전지 시장규모는 주력 시장인 전기차 보급률이 크게 확대되면서 향후 10년간 8배 성장하며, 특히 전체 시장에서 60% 이상의 점유율을 차지하고 있는 전기차용 이차전지는 향후 동 기간 10배 확대될 것으로 전망되고 있다.

한편, 이차전지 기술에는 고난이의 사안도 많아, 장기적인 기술 전개도 쉽지만은 않다. 또한 애플리케이션별로 요구되는 사양 및 특성이 크게 다르다는 것 역시 이차전지 기술을 이해하는 데 있어서 장해물이 되고 있다.
스마트폰용 파우치형 배터리에서는 기존의 흑연 음극과 코발트산 리튬(LiCoO2 : LCO) 양극을 조합한다는 것에는 변함이 없지만, 스마트폰의 크기가 커지고 얇아지며, 기능이 강화됨에 따라 에너지 밀도 향상, 급속 충전 대응 및 그에 따른 높은 안전ㆍ신뢰성이 지속적으로 요구되고 있다.
전기차(EV) 용도로는 각형 또는 파우치형으로 안전성을 중시하는 관점에서 처음에는 망간산 리튬(LiMn2O4 : LMO) 양극을 채용했지만, 항속 거리 연장에 대한 요구로 인해 니켈 코발트 망간 삼원계 산화물(LiNiXCoYMnZO2 : NCM) 양극으로 옮겨가고 있으며, 비용 절감, 에너지 밀도 강화에 대한 요구로 인해 CO 절감/프리화, Ni 강화가 추진되어, 에너지 밀도도 민생 용도에 가까워지고 있다.

이처럼 이차전지는 종류에 따라 각각 작동 원리, 특징, 과제가 다르기 때문에, 기술을 발전시키는 방법도 이차전지의 종류에 따라 달라진다. 이차전지의 종류를 한정한다 해도 구성하는 재료 및 그 조합 방법에 따라 특성이 크게 좌우되기 때문에 개별적인 기술의 발전에 대해 전망하는 일도 쉽지 않다.

하지만, 자동차의 전기화, 전력 자유화, 재생에너지 및 스마트 커뮤니티의 사회 보급 확대 등으로 인해 향후 이차전지의 역할과 수요가 대폭 확대될 것임은 틀림없는 사실이다. 향후 보다 큰 시장 확대를 기대하고, 용도에 맞는 이차전지의 성능을 더욱더 향상시키기 위하여 각국의 산ㆍ관ㆍ학들이 전력을 다하여 R&D 및 실증 사업을 실시하고 있다.

이차전지 중 ‘차세대 배터리’라 불리는 전고체전지가 드디어 실용화 직전 단계에 접어들었다. 전고체전지는 폭발과 화재 등의 위험성이 없어 안전성과 관련된 부품들을 줄이고, 그 자리에 배터리 용량을 늘릴 수 있는 활물질을 채운다. 최근에는 다수의 업체들이 전고체전지 샘플 및 장착한 전기차를 제조하고 있다.
하지만, 실질적으로는 100% 고체 전해질로 만들어진 완전한 전고체 배터리가 아닌 '반고체 배터리'로 평가되고 있다. 아직까지는 생산 공정 미성숙과 높은 생산 비용 등이 높다는 등의 과제를 안고 있다.

두 번째, 연료전지 시장은 점차 주요국별 보급정책의 범위와 지원 내용이 확대되면서 성장하고 있다. 특히 국내에서는 수소경제 활성화 로드맵 발표로 새로운 전환기를 맞이하고 있다. 정부가 에너지전환정책의 일환으로 수소경제 정책을 펼치고 있는 가운데 수소경제 내에서 친환경 분산발전원 역할을 수행할 것으로 기대되고 있다. 발전용 연료전지는 도심에 위치하는 분산전원에서 대규모 전원으로도 활용이 가능하기 때문에 저공해, 고효율 측면에서 활용도가 높아질 것이다.
또한 중요한 수요처인 수소차 시장에서는 상용차를 중심으로 점차 확대시켜 나가려고 한다. 우선 버스와 트럭 같은 대형 화물차의 미세먼지 배출량은 승용차 대비 250배나 높으며, 대형일수록 주행거리와 적재중량이 중요하기 때문에, 밀도가 높은 수소가 상대적으로 유리하다.
이외에도 연료전지열차, 수소연료전지항공기, 수소 드론까지도 활발한 연구 및 개발이 진행되고 있다.

마지막으로 태양전지는 대표적인 신재생에너지라고 할 수 있는 태양광 발전의 도입이 확산되는 것이 세계적 추세인 가운데, 연구개발의 중요성이 더욱 증대되고 있으며 에너지 변환 분야에서는 고효율ㆍ저비용의 혁신적 태양전지 개발이 적극적으로 이루어지고 있다.

보급하는 데 필요한 효율 향상ㆍ비용 절감을 실현하기 위해 아주 오래전부터 실용화된 실리콘의 단결정/다결정/박막계, 고효율 태양전지의 대표인 III-V 화합물계, 저비용 고효율이 특징인 CdTe, CIS계에 더하여, 최근에는 연구개발 인구가 증가함으로써 효율이 급상승한 페로브스카이트계 등에 대한 기술적 검토가 이루어지고 있다. 이에 더해 미래의 초고율화를 위한 차세대 태양전지도 주목받고 있다.

이미 이용되고 있는 가정용 태양전지, 태양전지 발전소용 전지와 더불어, 농업용 솔라 셰어링(Solar sharing), 제로에너지빌딩(net Zero Energy Building) 구현, 환경발전이라는 관점에서, 건재 일체형 태양전지, 실내에서 고효율을 실현할 수 있는 태양전지, 전기차(BEV)나 하이브리드 자동차(HEV, PHEV)용 태양전지, 비행기용 태양전지(솔라 임펄스), 히트펌프 등을 활용한 열 수요에 대한 전력 에너지 공급 등의 용도에 따른 태양전지가 요구되고 있다.

이에, IRS글로벌은 주목받고 있는 (전고체)이차전지, 연료전지, 태양전지 분야에 관심이 있는 기관ㆍ업체의 실무담당자들에게 연구개발, 사업전략 수립의 기초자료를 제공하기 위하여, 본서를 기획하였다.

모쪼록 유용한 정보로 활용되어 미력하나마 전지 관련 산업의 경쟁력 강화에 기여할 수 있는 자료가 되기를 기대해본다.


2022년 5월 9일

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