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신삼테성즈 E01 배터리의 과학 1편
– 오프닝
· 리튬 정제 공장 짓는 일론 머스크
– K박사의 우주기술
· 스타십 발사 시험과 스페이스 X의 기술력
– 배터리의 과학 1편
· 볼타 전지, 망간 전지, 알카라인 전지
· 2차 전지
· 니켈카드뮴, 니켈수소 전지
· 리튬이온 전지의 기술
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ⓒSpace X 유튜브채널 / Starship Flight Test
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4월 20일 스페이스 X의 대형로켓 스타십이 시험발사를 하였습니다. 발사 4분 만에 공중에서 폭발하였지만 이번 발사체는 규모나 기술 면에서 실패만으로 보기 어려울 만큼 엄청난 시도였습니다. 스타십이라 통칭하지만 2단으로 구성된 발사체이며, 총 길이도 120m로 최대 규모를 자랑합니다. 1단 ‘슈퍼헤비’는 추력 면에서도 230톤 규모의 랩터 엔진이 33개 구성되어 있습니다. 우리나라 누리호는 엔진 4개를 합쳐서 300톤의 추력을 낸다는 것을 비교해 보면 엄청난 추력임을 알 수 있습니다.
버진 갤럭틱이나 블루 오리진과도 비교를 할 수 없을 정도로 독보적인 기술이라고 볼 수 있을 것 같습니다. 그리고 달 탐사선 아르테미스를 실어나르는 나사의 우주발사시스템 SLS가 1년에 한 번 발사할 수 있다고 하면, 한 달에 한 번 발사할 수 있는 점도 스페이스 X의 상업성을 높이고 있습니다.
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ⓒLe Petit journal / 나폴레옹에게 볼타 전지를 시연하고 있는 알레산드로 볼타
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최초의 전지로 알려진 볼타 전지는 두 개의 전극인 아연과 구리, 전해물질인 묽은 황산으로 구성됩니다. 이종 금속의 반응을 활용하여 음극인 아연판에서 전자가 나와 도선을 따라 흐르고 이를 통제하는 것이 전지의 원리이며, 얼마나 높은 전위 차이를 이용하느냐에 따라 전압이 결정됩니다.
일차 전지는 방전 중에 전극 재료가 비가역적으로 변경되기 때문에 한 번밖에 사용할 수 없으며 주로 휴대용 전자 장치에 사용되는 망간 전지, 알카라인 전지 등이 속합니다. 이차 전지는 가역적 과정을 통해 전기에너지를 화학에너지로 변형하여 축전할 수 있기에 여러 번 방전 및 충전을 할 수 있는데요, 껌 배터리라고 불렀던 니켈 카드뮴 전지 등이 이에 속합니다.
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ⓒThe Royal Swedish Academy of Sciences / Johan Jarnestad / 코발트 산화물을 양극으로 사용해서 개발한 리튬 이온 배터리
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존 구디너프는 1922년 독일 예나에서 태어나 물리학을 전공하고, 옥스퍼드 무기화학연구소와 텍사스 공과대학에 재직하며 리튬 이온 배터리를 연구하였습니다. 그는 음극을 금속 황화물 대신 금속 산화물을 사용하면 훨씬 더 효과적이라 생각했고, 리튬 이온이 삽입된 코발트 산화물이 최대 4볼트까지 만들 수 있음을 확인했습니다. 그 결과 성능저하를 막고 수백 번 충전할 수 있는 배터리를 만들 수 있었습니다. 리튬 이온 배터리는 휴대전화, 컴퓨터, 자동차 등 다양한 분야에서 그 효용가치를 발휘하고 있습니다. 강한 충격이나 압력, 화기를 조심하고 사용 전후 완충해서 사용하는 등 유의해서 사용하면 오랜 기간 쓸 수 있습니다.
2019년 존 구디너프는 스탠리 위팅엄, 요시노 아키라와 함께 리튬 이온 배터리를 개발한 공로로 노벨 화학상을 수상하였습니다. 그는 노벨상 수상 당시 97세의 나이로 역사상 최고령 노벨상 수상자가 되었습니다.
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