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2차 전지의 혁신 전고체 전지 새로운 시장을 열다

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책소개

지구 온난화가 심각한 문제로 대두되고 있습니다. 일본 정부는 이산화 탄소 등 온실효과를 유발하는 물질의 감축을 위해 2050 탄소중립 carbon-neutral 을 선언했습니다. 에너지 사용에 있어 화석 연료 의존도를 낮추는 일은 아주 시급한 문제입니다. 휘발유 같은 석유 연료를 연소해서 주행하는 자동차는 이산화탄소를 내뿜으며 달립니다. 자동차도 석유 연료 사용을 줄여야 합니다. ‘석유를 사용하지 말라니, 나보고 직접 발로 뛰라는 거야?’라는 의문을 가질 분도 있겠지만 사실 대안은 이미 존재합니다. 바로 전기 에너지를 사용해서 모터를 구동하는 전기 자동차입니다. 전기 자동차는 수소 연료 전지 등을 이용해서 직접 전기를 만들 수 있습니다. 주행하면서 전기 에너지를 만드는 타입과 전원에 플러그를 꽂아서 전기를 차 안에 설치된 전지 배터리 에 저장 충전 해서 주행하는 타입이 있습니다.


후자의 경우에는 전기 에너지를 효과적으로 저장하고 사용할 수 있는 고성능 축전지가 필요합니다. 현재 최고성능의 축전지는 리튬 이온 이차 전지입니다. 그러나 리튬 이온 이차 전지는 화재의 위험이 있습니다. 그래서 그것을 개선하기 위한 논의가 현재 진행되고 있는데, 화재의 원인이 되는 유기용액의 전해질 electrolyte 을 화재 위험이 없는 고체 형태의 전해질로 대체하자는 것입니다. 이를 위해서는 고체 전해질을 이용한 리튬 이온 이차 전지, 즉 전고체 전지 all solid‑state battery를개발해야 합니다.


이 책에서는 이러한 전고체 전지의 원리를 비롯해 구조, 응용, 장점, 단점, 그리고 안전성 등 전고체 전지에 대해 다룰 수 있는 모든 내용을 다룹니다. 또한 일반 전지에 대해서도 기초적인 내용을 알기 쉽고 편하게 설명했습니다. 이 책을 읽고 전지의 전반적인 내용에 대해서 이해하시고 나아가 전고체 전지의 전문가가 되시기를 바랍니다.

목차

프롤로그 4


1장 최신 리튬 전지의 현황

1-1 리튬 이온 이차 전지 10

1-2 리튬 이온 이차 전지의 원리 20

1-3 리튬 이온 이차 전지의 장점과 단점 25

1-4 리튬 이온 이차 전지의 과제 31

1-5 이상적인 전지는 무엇인가? 35


2장 전고체 전지는 무엇인가?

2-1 전기 에너지의 미래 44

2-2 전고체 전지 개발의 역사 49

2-3 전고체 전지 원리와 구조 57

2-4 전고체 전지의 종류 60

2-5 전고체 전지의 특징 63

2-6 전고체 전지의 장점과 단점 66

2-7 전고체 전지의 용도 69


3장 고체 전해질

3-1 고체 전해질은 무엇인가? 74

3-2 고체 전해질의 원리 77

3-3 고체 전해질의 종류 83

3-4 산화물 타입과 황화물 타입 88

3-5 금속 이온 전도성 고체 전해질 91

3-6 리튬 이온 전도성 고체 전해질 94

3-7 전고체 전지에 필요한 새로운 재료 97


4장 자동차를 위한 전고체 전지의 개요

4-1 도요타 자동차, 전고체 전지 탑재 자동차 시제품 발표! 106

4-2 전기 자동차 111

4-3 전기 자동차의 종류 116

4-4 BEV용 전지가 갖춰야 할 성능 130

4-5 BEV용 전지가 충족해야 할 기타 조건 136


5장 전고체 전지 개발의 현황

5-1 벌크형과 박막형 142

5-2 요오드 리튬 전지 145

5-3 황화물형 전고체 전지 150

5-4 산화물형(세라믹스형) 전고체 전지 153

5-5 휴대성 156

5-6 전고체 전지의 가능성 159


6장 화학 전지의 원리와 구조

6-1 전류와 전자 166

6-2 금속의 용해와 산화 환원 172

6-3 용해 에너지 177

6-4 세계 최초의 화학 전지: 볼타 전지 182

6-5 건전지의 원리와 구조 187

6-6 그 이외의 다른 건전지 192


7장 이차 전지의 원리와 구조

7-1 일차 전지와 이차 전지 198

7-2 납축전지의 원리와 현황 203

7-3 니켈-카드뮴 축전지 210

7-4 니켈 수소 전지 215

7-5 금속 리튬 이차 전지 220

7-6 유기물 이차 전지 223

7-7 이차 전지의 성능 비교 231


8장 그 이외의 다른 최신 전지

8-1 수소 연료 전지(hydrogen fuel battery) 240

8-2 공기 아연 전지(zinc-air battery) 248

8-3 태양 전지(solar battery) 253

8-4 원자력 전지(nuclear battery) 258

8-5 이온 농담 전지와 생체 발전 261


참고문헌 266

저 자
소 개

지은이 사이토 가쓰히로

일본 도호쿠대학 대학원 이학연구과 박사과정을 수료했다. 현재 나고야공업대학 명예교수이다. 전문분야는 유기화학, 물리화학, 광화학, 초분자학이다. 《가볍게 읽는 유기화학》, 《가볍게 읽는 무기화학》, 《요리로 읽는 맛있는 화학》, 《얼룩과 오염에서 발견한 클린 화학》,《한 권으로 이해하는 OLED & LCD 디스플레이》등 다수의 저서가 있다.


옮긴이 권오현

한양대학교 화학과를 졸업하고 미국 오번대학(Auburn University)에서 이학박사를 받았다. 애리조나대학과 조지아공대에서 연구원으로 있었으며, 삼성디스플레이를 거쳐서 현재는 삼성전자 SAIT에서 수석연구원으로 재직 중이다. 주요 연구 분야는 OLED 재료 분야이다. 국내 외 특허 300여 편 출원 및 저명한 국제 학술지에 논문 80여 편을 발표하였으며, 과학기술의 대중화를 위한 번역과 저술 활동을 하고 있다. 옮긴 책으로는 《한 권으로 이해하는 OLED & LCD 디스플레이》가 있다.


옮긴이 오가윤

일본 주오대학 사회학과를 졸업하고 통번역대학원에서 석사학위를 받았다. 삼성전자 종합기술원을 거쳐서 현재 삼성전기에서 통번역사로 일하고 있으며, 다양한 과학 기술 분야의 통번역사로 활동 중이다. 옮긴 책으로는 《한 권으로 이해하는 OLED & LCD 디스플레이》가 있다.