치솟는 코발트 가격으로 인해 새로운 배터리 기술이 진화하고 있습니다.

1980년, 존 구디너프는 옥스퍼드에서 작지만 강력한 배터리에 특히 적합한 높은 에너지 밀도를 가진 코발트를 활용해 최초의 리튬 이온 배터리를 발명했습니다. 그러나 코발트의 높은 비용과 추출을 둘러싼 윤리적 문제로 인해 코발트 의존도가 높아지고 있습니다.

리튬 이온 배터리에서 코발트의 역할

코발트는 대부분의 상업용 리튬 이온 배터리에 필수적인 요소로, 배터리를 안정화하고 높은 에너지 밀도를 제공하는 능력으로 그 가치를 인정받고 있습니다. 이러한 배터리는 일반적으로 흑연인 양극과 리튬, 코발트, 산소 복합체로 구성된 음극을 갖추고 있습니다. 코발트의 높은 에너지 밀도는 휴대용 전자기기와 전기 자동차(EV)에 사용하기에 이상적입니다.

하지만 코발트에 대한 수요가 급증하면서 가격이 치솟았고, 특히 콩고 공화국에서 비윤리적인 채굴 관행이 조장되고 있습니다. 아동 노동을 포함한 인권 침해가 코발트 채굴 산업을 괴롭혔습니다. 이로 인해 전자제품 및 전기차 제조업체들은 비용을 절감하고 이러한 인권 침해에 연루되지 않기 위한 대안을 모색하고 있습니다.

코발트 무함유 배터리로의 전환

이러한 문제에 대응하기 위해 기업들은 배터리 배합에서 코발트를 줄이거나 제거하기 위해 혁신에 나서고 있습니다. 테슬라의 배터리 공급업체인 파나소닉은 코발트가 없는 배터리를 개발했다고 발표했습니다. 존 구디너프를 비롯한 연구자들은 코발트에 의존하지 않는 새로운 기술을 개척하고 있습니다.

기존의 리튬 이온 배터리 설계는 진화하고 있습니다. 예를 들어, 전기차 배터리 팩의 음극에는 이제 더 많은 니켈이 포함되어 코발트 사용량이 줄어드는 경우가 많습니다. 그러나 이러한 변화는 삼성 노트 7 배터리 화재와 같은 사건에서 볼 수 있듯이 처리 비용 증가와 화재 위험 증가와 같은 자체적인 과제를 안고 있습니다.

대체 소재 탐색

새로운 배터리 기술에서는 망간과 철과 같은 소재를 탐색하고 있습니다. 이러한 원소들은 코발트나 니켈만큼 에너지 밀도가 높지는 않지만 실행 가능한 대안을 제공하는 암염 구조를 형성할 수 있습니다. 이 암염 구조는 일부 디바이스에 구현되어 그 잠재력을 보여주고 있습니다.

또한, 전고체 배터리의 개발은 또 다른 유망한 대안입니다. 이러한 배터리는 더 많은 리튬을 필요로 하지만 반드시 코발트가 필요하지는 않아 현재의 리튬 이온 배터리보다 안전성이 향상될 수 있습니다. BMW, 도요타, 혼다와 같은 회사들이 전고체 배터리를 적극적으로 연구하고 있습니다. 그러나 MIT의 올리베티와 같은 전문가들은 이 기술이 적어도 2025년까지는 시장에 출시되지 않을 수 있다고 경고합니다.

업계 이니셔티브와 윤리적 소싱

그 동안 기업들은 코발트 사용을 최소화하고 윤리적 조달 관행을 개선하기 위해 노력하고 있습니다. Apple과 삼성과 같은 주요 기업이 참여하는 책임 있는 코발트 이니셔티브는 코발트 생산의 환경 및 사회적 문제를 해결하는 것을 목표로 합니다. Apple은 안전 및 윤리 기준을 준수하기 위해 광부로부터 코발트를 직접 구매함으로써 상당한 조치를 취하고 있습니다.

결론

배터리 기술의 진화는 코발트와 관련된 높은 비용과 윤리적 문제로 인해 주도되고 있습니다. 코발트는 고에너지 밀도 배터리에 필수적인 소재이지만, 업계에서는 지속 가능한 대안을 찾기 위해 빠르게 혁신하고 있습니다. 니켈 함량을 높이는 것부터 코발트가 없는 전고체 배터리 개발까지, 에너지 저장의 미래는 더욱 윤리적이고 비용 효율적인 방향으로 나아갈 것입니다. 전고체 기술이 주류가 될 때까지 업계는 코발트 사용량을 줄이고 공급망의 윤리 기준을 개선하기 위해 지속적으로 노력할 것입니다.

행동 촉구

배터리 기술의 최신 발전과 업계의 지속 가능한 관행에 대한 최신 소식을 받아보세요. 자세한 정보와 업데이트를 확인하려면 Stanford Advanced Materials(SAM)를 방문하여 뉴스레터를 구독하세요.