미국 글로벌 시장조사업체인 GIA(Global Industry Analysts Inc.)에 따르면 2026년까지 세계 리튬 이온 배터리(Lithium-ion Battery, LiB) 시장이 US$ 825억달러에 도달할 것으로 전망된다. 코로나-19 사태 속에서 2022년 세계 리튬 이온 배터리(LiB) 시장은 489억달러까지 성장할 것으로 예상된다. 2026년까지 연평균 성장률(CAGR)은 13.3% 이상이다.리튬 이온 배터리(LiB)는 스마트폰 및 스마트워치부터 전기자동차(EV) 및 에너지 저장 시스템까지 광범위한 제품 및 응용 분야에서 사용된다.1991년 상업적으로 출시된 이후 리튬 이온 배터리(LiB)는 성능과 기능이 크게 향상돼 다양한 제품에서 없어서는 안 될 필수품으로 자리매김했다.고에너지 밀도, 긴 수명, 경량화 및 친환경적 특징을 가진 건전지에 대한 소비자 수요가 리튬 이온 배터리(LiB) 사용 증가에 기여하고 있다. 리튬 이온 배터리(LiB)는 에너지 저장 애플리케이션과 함께 전기차(EV), 하이브리드 전기차(HEV), 플러그인하이브리드차(PHEV) 시장에서도 선호되는 옵션으로 떠올랐다. 나노기술 분야의 발전과 전극 설계 분야의 첨단 화학의 발전에 힘입어 미래의 에너지 저장장치로 자리매김하고 있다.리튬 이온 배터리(LiB) 시장은 자동화 필요성이 높아지고 다양한 산업에서 배터리 구동 소재 취급 장비의 사용이 확대됨에 따라 성장이 가속화되고 있다. 엄격한 배출가스 규제가 시행됨에 따라 점점 더 많은 소재 취급 장비 제조업체들이 전기에 관심을 두고 있다. 따라서 각종 장비에 사용되는 리튬 이온 배터리(LiB)에 대한 수요가 확대되고 있다. ▲GIA(Global Industry Analysts Inc.) 로고 

·일본 도쿄공업대(東京工業大学)에 따르면 깨끗한 전해질·전극 인터페이스가 전고체 배터리(solid-state lithium battery)의 용량 개선의 핵심이라고 밝혔다.연구 프로젝트는 도호쿠대(東北大学), 국립산업과학기술원(国立産業技術総合研究所) 및 일본공업대(日本工業大学)와 공동으로 진행됐다.기존의 액체 리튬 이론 배터리는 상당한 이점을 가지고 있지만 내구성이나 용량에서 단점을 가지고 있다. 전고체 배터리는 충전 및 방전중에 리튬(Li) 이온을 교환하는 고체 전극과 고체 전해질로 구성된다.전고체 배터리는 높은 에너지 밀도와 안전성을 구비한 것으로 평가된다. 연구팀은 전고체 배터리에서 낮은 인터페이스 저항과 고속 충전을 달성하기 위해 깨끗한 전해질·전극 인터페이스를 생성하는 것이 필수적이라는 것을 발견했다.깨끗한 인터페이스는 전고체 배터리의 충전 및 방전중에 리튬의 삽입 및 제거를 용이하게하기 때문이다. 이번 프로젝트의 결과는 향후 전고체 배터리의 설계에 대한 중요한 통찰력을 제공할 수 있을 것으로 전망된다.▲ Japan-TokyoInstituteofTechnology-Battery▲ 도쿄공업대(東京工業大学)의 전경(출처 : 위키피디아)

이스라엘 배터리개발업체인 스토아도트(StoreDot)에 따르면 5분안에 충전이 가능한 전기자동차용 리튬 이온 배터리를 개발했다. 2021년 1월 19일 시제품으로 1000개를 생산했다고 밝혔다.자동차에 휘발유를 주유하는 시간과 비슷한 5분내 충전이 가능하다는 주장이다. 현재 전기자동차의 배터리를 충전하기 위해서는 약 8시간이 소요된다.대표이사인 드론 마이어스드로프(Doron Myersdorf)는 고속충전으로 주행거리와 충전시간에 대한 우려를 해소할 수 있다고 주장했다.현재 리튬 이온 배터리는 전극 흑연을 사용하지만 스토아도트는 이온이 원활하게 이동할 수 있는 반도체를 도입했다. 2021년말까지 전극을 실리콘으로 대체할 계획이다.참고로 전기자동차는 1회 충전으로 평균 250마일, 약 400km 주행이 가능한 수준이다. 세계 1위 전기자동차 제조업체인 테슬라는 1회 충전으로 400마일을 운행할 수 있는 배터리를 개발 중이다.▲스토아도트(StoreDot) 로고 

일본 다국적 전자기기 기업인 교세라(京セラ)에 따르면 미국 배터리 제조회사인 24M과 공동으로 주거용 에너지 저장시스템인 에네레자(Enerezza)를 공식적으로 출시했다.에네레자는 24M의 새로운 반고체(SemiSolid) 전극 제조공정을 사용해 구축한 세계 최초의 시스템이다. 반고체 전극은 바인더를 사용하지 않고 전해질을 활성 물질과 혼합해 고유한 특성을 가진 점토와 같은 슬러리를 형성한다.24M의 공정은 건조 및 전해질 충전과 같은 상당한 양의 비활성 물질과 자본 집약적 공정이 필요하지 않으므로 제조비용이 크게 절감된다.교세라는 2019년 6월 일본 시장의 주거용 에너지 저장시스템에서의 사용을 검증하기 위해 24M의 반고체(SemiSolid) 배터리기술의 파일럿 생산을 시작했다.성공적인 파일럿 생산을 바탕으로 다양한 고객 요구를 충족하도록 5.0M, 10.0kWh 및 15.0kWh 용량의 에네레자 제품군을 설계했다.교세라는 2020년 가을에 본격적인 양산을 시작할 계획이다. 이를 통해 긴 배터리 수명, 최고의 안전성 및 저렴한 비용의 제품을 대량으로 공급할 수 있을 것으로 기대된다.▲ Japan-Kyocera-Battery▲ 교세라(京セラ)의 홍보자료(출처 : 홈페이지)

일본 교토에 위치한 도시샤대(同志社大學)에 따르면 20개 회사와 공동으로 아연과 니켈을 전극으로 사용하는 대용량의 저비용 충전식 배터리를 개발할 계획이다.이를 위해 2020년 봄에 20개 회사와 컨소시엄을 설립할 예정이다. 이 컨소시엄은 도시샤대 전기화학 마사츠구 모리미츠(Masatsugu Morimitsu) 교수와 다른 연구원들이 개발한 기술을 사용하여 약 3년 만에 실용화했다.전극용 재료는 충전식 배터리 개발의 핵심이다. 음극에 금속을 사용하면 배터리 용량이 커질 수 있다. 그러나 배터리가 재충전될 때 금속 증착이 음극 금속전극의 나뭇가지처럼 성장하고 양극에 접촉할 수 있어 단락을 야기한다.이를 방지하기 위해 음극에 탄소가 사용된다. 연구팀은 실험 배터리에서 양극에 니켈과 음극에 아연을 사용해 문제의 원인을 분석했다.아연산염 이온이 양극과 음극에 고르지 않게 분포되어 있을 때 이러한 현상이 발생된다. 연구팀은 아연산염 이온이 이동하지 않도록 음극으로 사용된 아연판을 처리했다.7회 충전 후 처리되지 않은 아연판을 음극으로 사용하는 배터리에서 단락이 발생했지만 처리된 아연판을 포함하는 배터리의 전압은 동일한 수준으로 유지됐다.또한 충전 및 방전 후에도 용량이 감소하지 않았다. 이러한 이차전지는 하이브리드 자동차 및 기타 장치에 사용되는 이차 배터리의 용량을 1.5~2배 이상 확장할 수 있으며 더욱 다양한 분야에 널리 사용될 것으로 전망된다.▲ Japan-DoshishaUniversity-Battery▲ 도시샤대(同志社大學)의 홍보자료(출처 : 홈페이지)

미국 글로블 기술기업인 애플(Apple)에 따르면 가상현실(VR) 장갑과 관련된 특허 출원이 미국특허청을 통해 공개됐다.가상현실 장갑은 스마트 패브릭 기술을 사용해 제작됐으며 개인 손가락과 엄지 손가락 뼈의 움직임을 측정할 수있다. 특히 하나 이상의 손가락의 움직임을 추적하는 몇몇 관성 측정 유닛을 포함하고 있는 것으로 분석된다.해당 장치에는 가속도계 및 자이로 스코프와 같은 동작 센서가 있어 물체의 위치와 움직임을 측정할 수 있다. 가상현실 장갑은 방향 및 감지 촉감을 결정하기 위해 자력계 및 전극을 포함할 수도 있다.이와 같은 가상현실 장갑을 이용해 게임, 교육 및 군사 훈련을 포함한 여러 가지 가상현실 응용 프로그램에 적용될 수 있을 것으로 판단된다.▲ USA-Apple-VR-glove▲ 애플(Apple)의 가상현실 장갑 특허 출원 도면(출처 : 홈페이지)

미국 라브레(LAVLE USA Inc)에 따르면 해양시장용으로 세계 최초의 대용량 에너지 저장시스템 (Energy Storage System, 이하 ESS)을 개발 중이다.개발 중인 에너지 저장시스템은 고체전해질 배터리(Solid Electrolyte Battery, 이하 SEB)를 이용한다. 이 SEB는 일본 합작 파트너인 3DOM로부터 제공되고 미국 합작 투자사인 Ockerman Automation로부터 응용 엔지니어링 전문가를 제공받고 있다.라브레는 해양, 방위, 석유 및 가스 및 재생 가능 시장에서 3DOM이 개발한 SEB 기술에 대한 독점권을 보유하고 있다. 3DOM SEB 셀은 음극에 리튬 금속을 사용하고 음극 전극과 양극 전극 사이에 고체 전해질을 사용한다.현재 버지니아주 뉴포트 뉴스에 위치한 해양 전기 추진 시뮬레이션(MEPS) 연구소를 활용해 ESS의 성능을 테스트하고 특성을 분석하고 있다.라브레는 SEB ESS의 상용 버전을 12개월 이내에 공개할 계획이다. 이를 통해 라브레는 대용량 에너지 저장시스템 분야에서의 시배적인 사업자로 성장이 기대된다.▲ USA-LAVLE-EnergyStorageSystem▲ 라브레(LAVLE USA Inc)의고체전해질 배터리(SEB)를 이용한 에너지 저장 시스템 (ESS) 홍보자료(출처 : 홈페이지)

미국 글로블 전기자동차 회사인 테슬라(Tesla)에 따르면 고체 배터리 제조업체인 맥스웰테크놀러지(Maxwell Technologies)를 매입하고 있다.이번 거래는 주식교환 형태로 진행되며 맥스웰테크놀러지 이사회의 만장일치 승인을 받은 것으로 알려졌다. 2019년 2분기 마무리될 것으로 예상된다.최근 맥스웰테크놀러지는 인상적인 에너지 저장 잠재력을 지닌 드라이 배터리 전극(dry battery electrode)을 개발했다. 이 기술은 킬로그램당 300Wh 이상을 유지할 수 있으며 500 Wh/kg까지 저장할 수 있음이 입증됐다.관련 기술은 250 Wh/kg 근처에 머물고 있는 리튬 배터리 화학물질에 비해 현저한 개선으로 평가된다. 특히 코발트가 포함되지 않은 방식은 테슬라가 고체 배터리를 개발하는 방법을 용이하게 할 수 있을 것으로 기대된다.참고로 맥스웰테크놀러지는 다른 자동차제조사들이 사용하는 울트라 커패시터(ultracapacitors)로 널리 알려져 있다. 전기자동차의 보급이 확대되면서 글로벌 자동차업체의 배터리개발 경쟁이 더욱 치열해질 것으로 전망된다.▲ USA-MaxwellTechnology-engergystorage▲ 맥스웰테크놀러지(Maxwell Technologies)의 에너지 저장장치 홍보자료(출처 : 홈페이지)

미국 워싱턴주립대(Washington State University)에 따르면 당뇨병 환자를 위해 3D프린트된 착용식 바이오 센서를 개발했다. 프로젝트의 결과는 Analytica Chimica Acta 저널에 발표됐다.3D 프린트된 착용식 바이오 센서는 전통적으로 생산된 전극보다 포도당 신호를 더 효과적으로 포착했다. 유연한 센서를 전도성 나노 스케일 물질로 프린트하기 위해 직접 잉크쓰기 방식이 사용됐다.이를 통해 표면이 균일하고 결함이 적어서 감도가 향상되는 것으로 평가 받고 있다. 바이오 센서는 고통스러운 손가락 찌름을 대체할 수있는 착용 가능한 센서로 사용될 수 있다.특히 어린이의 포도당 모니터링이 더 쉬울 것을 기대된다. 바이오 센스는 포도당 모니터링을 위한 비침습적이며 바늘없는 기술을 이용하기 때문이다.바이오 센서의 제조기술을 이용하면 개별 환자에게 특별히 맞춤화된 바이오 센서가 제조될 수 있을 것으로 기대된다. 특히 착용 가능한 다른 의료기기의 전자부품 및 기타 부품들도 프린트될 수 있을 것으로 판단된다.▲ USA-WSU-3Dprinter-biosensor▲ 워싱턴주립대의 기계 및 재료공학 조교수인 Arda Gozen(출처 : 홈페이지)

일본 로봇제조업체인 오리랩(Ory Lab)에 따르면 장애인에 의해 원격으로 조정되는 로봇을 레스토랑의 웨이터로 테스트를 진행했다. 원격제어되는 로봇 명칭은 OriHime-D이다.로봇은 1.2 미터 높이로 서 있으며 표정이 없는 하얀 얼굴을 갖고 있다. 로봇은 자신이 보고 있는 상황에 관련된 비디오 및 오디오를 컨트롤러로 전송할 수 있으며, 가정에서 스마트폰이나 태블릿을 이용해 로봇에 명령을 내릴 수 있다.총 5대의 로봇이 테스트에 사용됐으며 장애인의 사회적 고립을 막기위해 첨단기술을 사용하는 프로젝트의 일환으로 개발됐다.가장 흔한 운동신경 세포질환인 근위축성측삭경화증(ALS)을 비롯한 10가지 유형의 질환을 가진 팀에 의해 제어됐다. 매우 제한된 이동성을 가진 사람들조차도 로봇과 상호작용하고 제어할 수 있다. 참고로 미국 MIT대학의 연구원들은 장애를 가진 사람들이 컴퓨터와 자동으로 대화할 수 있는 장치를 개발하고 있다. 알터에고(AlterEgo)라고 불리는 웨어러블 장치는 전극을 사용해 턱과 얼굴의 미묘한 신경근육 신호를 감지해 의사소통이 가능하다.▲ Japan-Orylab-robot▲ 오리랩의 OriHime-D(출처 : 홈페이지)