사이토 가쓰히로 지음 / 권오현, 오가윤 옮김 / 값 18,000원 / 북스힐   최신 리튬 이온 2차 전지의 현황과 전고체 전지에 관한 모든 것 오늘날 지구 온난화가 심각한 문제로 대두됨에 따라, 이산화탄소를 내뿜는 휘발유 자동차 대신 전기 에너지를 사용해 달리는 전기 자동차 시장이 점점 커지고 있다. 현재 전기 자동차에 쓰이는 전지(battery)는 리튬 이온 2차 전지로, 전해질로 유기용액을 쓰기 때문에 화재 위험성을 안고 있다. 그래서 관련 업체들은 고체 전해질을 사용한 리튬 이온 2차 전지, 즉 전고체 전지(all solid‑state battery)로 바꾸려는 개발, 연구를 계속하고 있다.  전고체 전지는 리튬 이온 2차 전지의 다양한 문제를 해결하고, 전기 기술의 성능과 안전성을 향상시키는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 이 책은 전고체 전지의 원리와 구조, 응용 방법과 장단점, 안전성까지 전고체 전지에 대한 모든 내용을 다루며, 전고체 전지가 어떻게 우리의 일상과 미래를 혁신할지 알려준다. 2050 탄소중립을 위한 미래 모빌리티로의 전환 친환경차의 대중화, 보급화 최근 들어 지구 온난화 현상에 따른 전 세계적인 기후 변화가 심각한 문제로 대두되고 있다. 2019년, 세계 121개국은 이 문제의 심각성을 깨닫고‘2050 탄소중립 목표 기후 동맹’을 맺었는데, 이는 2050년까지 지구상의 온실 가스 배출량을 영향력이 없는 수준으로 줄이는 환경 목표를 의미한다. 2050년 탄소중립을 달성하기 위한 핵심 과제 중 하나는 ‘깨끗하고 지속 가능한 에너지 시스템의 구축과 에너지 저장 기술의 혁신’으로, 우리나라 역시 이러한 기조 속에서‘2050 탄소중립 추진전략’을 발표했으며,  경제 구조의 저탄소화 분야에서 ‘미래 모빌리티로 전환’- 친환경차 가격·충전·수요 혁신을 통해 수소·전기차 생산, 보급 확대, 전국 2천만 세대 전기차 충전기 보급, 도시·거점별 수소 충전소 구축하겠다는 목표(2020.12.7.)를 세웠다. 탄소 중립을 실현하기 위한 전략에서 온실 가스 배출을 줄이는 것은 아주 중요한 요소이기 때문에, 화석 연료를 사용해 달리면서 탄소를 배출하는 휘발유 자동차 대신, 전기나 수소를 사용한 자동차를 대중화, 보급화에 힘쓰겠다는 것이다.  차세대 2차 전지의 핵심 기술인 전고체 전지의 현재와 미래 현대 사회에서 전지는 생활 전반에 쓰이는 필수적인 존재로, 많은 종류의 전지 중에서도 주목받고 있는 것이 환경을 오염시키지 않는 수소 연료 전지와 2차 전지이다. 그중에서도 리튬 이온 2차 전지(lithium-ion secondary battery)는 높은 에너지 밀도와 높은 기전력, 고속 충전 및 적은 자기 방전 등의 장점으로 전기 자동차의 배터리로 널리 쓰이고 있다. 그러나 리튬 이온 전지에는 치명적인 단점이 있는데, 바로 전해질인 유기용액이 화재 위험성을 안고 있다는 것이다.  전고체 전지(all solid-state battery)는 현재의 리튬 이온 2차 전지의 액체형 전해질을 고체형 전해질로 대체한 것으로, 고체형 전해질을 사용하면 발화 위험성을 완전히 제거할 수 있다. 또한 동시에 내열성이 개선되며 전지의 중량 및 부피 대비 에너지 밀도가 높아져서 뛰어난 성능을 가지게 된다. 그렇기에 전고체 전지는 리튬 이온 전지의 다양한 문제를 해결하고, 전지 기술의 성능과 안전성을 향상시키는 데 중요한 역할을 하는 전지이다. 전고체 전지가 상용화되면 전기 자동차의 주행 거리가 증가하고, 전자기기의 배터리 수명이 연장되는 등 많은 응용 분야에서도 큰 발전을 이룰 수 있을 것이다.  이 책은 이러한 혁신적인 기술인 전고체 전지의 원리를 비롯해 구조와 응용 분야, 장단점, 안정성 등 전고체 전지에 대해 다룰 수 있는 모든 내용을 다루며 독자들의 이해를 돕는다. 첨단 전지 기술의 중요성과 잠재력을 알기 쉽게 설명하고 있는 책으로, 미래의 에너지를 모색하는 독자들에게 도움이 될 것이다.  

■ 개발 및 공급 : 지멘스 PLM 소프트웨어, 02-3016-2000, www.siemens.com/plm ■ 주요 특징 : 광선 추적법, 장면 보기 연결, 연소테이블의 어댑티드 그리딩, SOFC 모델링, 차트 강조 기능, 파트 변경 작업 STAR-CCM+는 지멘스 PLM 소프트웨어의 시뮬레이션 소프트웨어 및 테스트 솔루션인 심센터(Simcenter) 포트폴리오에 포함되어 있다. 최신 버전의 STAR-CCM+ 소프트웨어는 제품 개발 조직에서 디지털 트윈(제품의 형체와 성능 특성을 갖는 정밀한 가상의 모델)을 사용하여 제품이 실제 세계에서 어떻게 작동하는지 디지털 방식으로 시뮬레이션하는 새로운 기능들이 포함되어 있다. 향상된 시각적 사실감을 겸비한 새로운 해석 기능들로 STAR-CCM+ 버전 12.02는 엔지니어들이 복잡한 엔지니어링 시뮬레이션 이면의 내용을 충분히 이해할 수 있도록 돕는다. STAR-CCM+ v12.02는 엔지니어들이 영화나 컴퓨터 게임에서 사용되던 유사한 특수 효과를 사용하여 설계와 시뮬레이션 결과에 사실적인 표현을 적용할 수 있는 광선 추적법(Ray Tracing) 기능을 도입했다. 이 향상된 시각화 기능은 핵심 시뮬레이션 그룹 외부의 이해관계자들에게 시뮬레이션 결과를 전달할 때 특히 유용하다. 시뮬레이션 결과 해석을 위한 새로운 기능 외에 STAR-CCM+ v12.02는 고로, 개질기, 내연 기관 및 가스 터빈과 같은 반응 유동을 다루는 제품의 시뮬레이션 처리량을 가속화하는 기능이 추가되었다. 연소 테이블에 대한 새로운 어댑티드 그리딩(Adaptive Gridding) 기능은 정확성을 유지하면서도 계산 작업을 줄일 수 있다. 모든 화염편 연소 모델에 적용 가능한 어댑티드 그리딩은 테이블 크기와 해당 메모리 사용량을 최대 30배까지 감소시킬 수 있으며, 효율성을 증진시켜 엔지니어들이 보다 신속하게 반복 설계를 할 수 있도록 한다. 최신 버전은 고체 산화물 연료 전지(SOFC)에서 발생하는 것과 같은 전기 화학 반응을 해석하는 데 사용되는 다성분 기체/액체종 및 고체 이온 모델도 포함하고 있다. 고체 산화물 연료 전지는 효율적으로 청정한 전기를 생산하는 데 점점 더 많이 사용되고 있으며, STAR-CCM+ 사용자는 고체 산화물 연료 전지의 효율성을 향상시키기 위해 디지털 트윈을 생성하여 청정 전기 생성 셀을 만들 수 있다. 12.02 버전의 주요기능은 다음과 같다. ■ 광선 추적법(Ray Tracing)은 음영, 반사 및 환경 효과를 추가하여 시뮬레이션 결과를 사실적으로 표현함으로써 의사 소통을 돕는다. 이러한 사실감이 더해져 넓은 범위의 이해 관계자를 대상으로 보다 광범위하고 즉각적으로 이해할 수 있으며 보다 효과적인 데이터 시각화를 위한 시각적 단서를 제공한다. ■ 장면 보기 연결(Scene View Linking)을 사용하면 설계를 보다 쉽게 탐색하고 시뮬레이션 결과의 차이점을 식별할 수 있다. 동일하거나 다른 시뮬레이션의 두 장면 사이에 동기화된 대화식 변환을 함께 연결할 수 있다. ■ 연소 테이블의 어댑티브 그리딩(Adaptive Gridding)은 화염 연소(Flamelet Combustion) 모델을 사용할 때 정확성을 향상시키며 격자점은 필요할 때만 테이블에 추가된다. 이것은 정확성을 유지하면서 메모리 사용과 테이블 생성 시간을 크게 줄인다. ■ 차트 강조 기능은 대화식 작업과 차트 작업 시 결과를 이해하는 기능을 향상시킨다. 사용자는 차트 내용을 쉽게 수정하고 노드 트리와 차트창간에 차트 개체를 연결하여 보다 빠르게 편집할 수 있다. ■ 12.02 버전에는 처음으로 STAR-CCM+ 내에서 SOFC의 전기 화학적 해석이 가능한 다양한 새 기능과 향상된 기능이 도입되었다. ■ 파트 변경 작업을 통해 사용자는 설계 변경 사항을 보다 쉽게 탐색할 수 있다. 파트 변경은 이제 시뮬레이션 파이프 라인의 일부로 쉽게 설정하고 다시 실행할 수 있는 작업이다. ■ 연소에서 비활성 스트림 처리가 향상되어 열 산화 장치에서의 폐가스 소각 및 NOx 감소를 위한 배기 가스 재순환(FGR)이 있는 버너를 포함하여 다양한 범위의 응용 분야에서 보다 빠르고 정확하게 계산할 수 있다. 기사 상세 내용은 PDF로 제공됩니다.

  ANSYS Fluent를 이용한 Li-ion 전지 해석 방법론 이번 호에서는 앤시스 플루언트(ANSYS FLUENT)에서 제공하고있는 전지 모델(Battery Model)에 대하여 알아보고, 네 개의 Electro-chemical Sub-model을 이용한 Li-ion 전지 해석 방법에 대하여 소개하고자 한다. 최근 환경적인 문제와 관련하여 차세대 이동 수단으로 하이브리드 자동차와 전기 자동차 등이 각광 받고 있으며, 다양한 모바일 기기들의 등장으로 인해 전지에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 전지의 성능, 수명 및 안전성은 온도에 밀접하게 연관되어 있어 전지의 열관리(Thermal Management)는 매우 중요하다.앤시스 플루언트(ANSYS FLUENT)는 Li-ion(리튬 이온) 전지를 해석할 수 있는 두 개의 애드온 모듈을 제공하고 있는데, 하나의 셀존(Cell Zone)에서 하나의 포텐셜(Potential)만 해석할 수 있는 Single-Potential Empirical Battery Model과 하나의 셀 존에서 두 개의 포텐셜 해석을 할 수 있는 Dual-Potential MSMD Battery Model이 있다.MSMD Battery Model은 앤시스 플루언트 R15에서 업데이트되었다. 이번 호에서는 MSMD Battery Model을 이용한 Li-ion 전지 해석 방법을 소개하고자 한다. Li-ion 전지의 구조 그림 1. Li-ion 전지의 구조 우선 전지에 대해서 간단히 알아보자. 전지(Battery)는 산화-환원 반응을 통하여 화학에너지를 전기에너지로 또는 전기에너지를 화학에너지로 변환시키는 장치이다. <그림 1>과 같이 양극, 음극 및 전해질로 구성되며, 두 전극 간의 전기적 단락을 방지하기 위한 분리막이 포함되어 있다. 두 전극은 서로 다른 전위(Electric Potential)를 가지고 있으며, 전해질을 매개로 하여 연결되었을 때 전위차가 발생하게 된다. 이 전위차로 인해 각 전극에서 산화-환원반응이 일어나고, 이 때 발생된 전자는 외부 회로를 통하여 이동하며, 이를 통해 전기에너지를 얻게 된다.   ■ 더욱 자세한 내용은 PDF를 통해 제공됩니다.