리튬의 역할

에너지 저장은 재생 에너지 시스템을 전력망과 효과적으로 통합하고 전기 자동차(EV) 채택을 가속화하는 데 핵심입니다. 이 개요에서는 리튬 이온(Li-Ion) 배터리의 기술 동향을 논의하고 인도 전력 및 운송 부문의 에너지 저장 요구 사항을 평가합니다. 전 세계 육상 및 해상 지역의 리튬과 코발트의 지리적 분포를 살펴봅니다. 리튬 배터리 재활용 역량의 성장과 리튬 배터리 원료 공급망 확보를 위한 국가의 노력을 살펴봅니다. 인도의 전력 및 운송 부문에서 녹색 변혁을 가져오려면 122킬로톤의 리튬, 배터리 연구에 대한 막대한 투자, 대량 제조 능력, 해외 협력, 환경 지속 가능성을 위한 재활용 시설, 해외 리튬 자산 구매가 필요할 것으로 추정됩니다.

속성:Vedachalam Narayanaswamy, "인도의 기후 목표에서 리튬 기반 에너지 저장의 역할", ORF 이슈 요약 번호 642, 2023년 5월, Observer Research Foundation.

지금까지 청정 에너지 기술에 대한 글로벌 투자는 미화 2조 6천억 달러에 달했습니다.[1] 지난 30년 동안 여러 차례의 글로벌 회의를 통해 국가들은 탄소 배출량을 줄이고 에너지 생성 및 사용에 있어 더 큰 투명성과 책임성을 제공하기 위한 최소한의 의무를 스스로 설정했습니다. 인도는 2030년까지 누적 비화석연료 기반 발전 용량을 50%로 늘리고, 배출 강도를 2005년 수준보다 35% 줄이고, 2070년까지 탄소 중립을 이루겠다고 약속했습니다.[2]

재생 가능 에너지의 사용 증가와 전기 이동성으로의 조기 전환은 이러한 목표를 달성하고 인도의 탄화수소 수입 비용을 줄이는 데 기여할 것입니다. 향후 10년 동안 리튬 기반 배터리는 전력 및 운송 부문에서 에너지 저장 시스템(ESS)을 구축하는 데 중요한 역할을 할 것으로 예상됩니다.

이 개요에서는 인도의 전력 및 이동성 부문에서 친환경 전환을 달성하기 위한 주요 요구 사항에 대해 설명합니다. 저자는 예측을 위해 인도 에너지 안보 시나리오 2047(IESS 2047) 모델링 및 시뮬레이션 소프트웨어[a]를 사용했습니다.

최초의 상업용 리튬이온(Li-Ion) 배터리는 1985년에 개발되었으며 이후 기술이 발전했습니다. 장점으로는 뛰어난 에너지 밀도(킬로그램당 75~200와트시)[b]와 특정 밀도(리터당 150~315와트시), 사이클 안정성, 효율성 및 신뢰성이 있습니다. 리튬 이온 배터리 기술은 항공, 우주 및 수중 응용 분야와 함께 휴대용 전자 장치, 재생 가능 에너지, 스마트 전기 그리드, 도로 차량 및 친환경/하이브리드 선박을 포함한 전기 운송 분야에서 큰 규모를 차지합니다.

다른 기술과 비교한 리튬이온 기반 ESS의 성숙도는 그림 1과 같다.[3] 리튬 이온 전지는 리튬 전이 금속 산화물을 음극(음극)으로, 흑연을 양극(양극)으로, 비수성 탄산 액체를 전해질로 사용합니다. 전지의 충전과 방전은 리튬 이온의 삽입과 탈리를 통해 발생합니다. 충전 과정에서 리튬 이온은 전해질을 통해 양극에서 양극으로 이동합니다. 리튬 셀의 성능은 사용된 전극 화학에 따라 크게 달라집니다.

그림 1. 에너지 저장 시스템의 기술적 성숙도

고체 폴리머를 전해질로 사용하고 리튬화 탄소를 사용하여 리튬 이온 전지의 안전성이 크게 향상되었습니다. 성숙한 리튬 기반 셀 기술의 주요 특징은 표 1에 나와 있습니다. 특히 LFP 및 LTO는 비용을 절감하고 안전성을 높입니다. kWh당 비용은 연간 최소 100,000단위 규모의 생산에 사용 가능한 에너지를 기준으로 한 미국 에너지부의 2022년 추정치를 기준으로 합니다. 음극 구성에서 코발트 함량을 낮추면 다른 양극 기술과 결합하여 비용이 절감되고 에너지 밀도가 높아집니다. 곧 출시될 리튬 금속 양극은 실리콘 복합재로 만든 양극과 결합하여 코발트에 의존하지 않고 성능을 향상시킬 것으로 예상됩니다. Li-air 및 Li-Sulphur 배터리에 대한 연구도 빠르게 진행되고 있지만 기술 준비 수준은 아직 멀었습니다. 2030년 이전에는 상업적으로 이용 가능하지 않을 수 있습니다.[5]