이토록 쓸모 있는 리튬이온배터리 이야기 - 우리가 몰랐던 전기차와 리튬이온배터리의 거의 모든 것

전기자동차의 심장과 같은 리튬이온배터리 안에서 어떤 원리로 전기에너지를 만들어내는지 알기 쉽게 설명한다. 배터리를 이루는 핵심 요소와 재료 선택의 이유부터 충전과 방전 중 배터리 안에서 일어나는 일련의 메커니즘은 물론, 최근 사회적 불안감이 고조되는 배터리의 열폭주 등을 과학적으로 파헤친다. 다만 이론적 설명보다는 독자들 스스로 사고실험을 통해 머릿속에서 마음껏 생각을 확장할 수 있게 격려한다.



사고실험이란 실험에 필요한 장치와 조건을 가정한 후 이론을 바탕으로 일어날 현상을 예측하는 것으로 과학자들도 자주 시도하는 방식이다. 특히 배터리 관련 실험은 일상에서 시도하기에는 너무 위험하고, 무엇보다 까다로운 제반조건을 충족시키기 어렵기 때문에 사고실험은 안전하게 생각을 펼치는 데 더할 나위 없다. 이 책을 통해 전기에너지의 실체를 한층 쉽고 재미있게 이해하고, 나아가 지속가능한 에너지의 미래에 대해서도 함께 고민해 볼 수 있을 것이다.



흥미로운 사고실험으로 속속들이 파헤치는

전기차의 심장, 리튬이온배터리의 실체!



우리의 평범한 일상은 이미 과학으로 가득 차 있다. 인공지능은 물론, 생활을 편리하게 만들어주는 다양한 전자제품부터 세제와 같은 생활용품도 모두 과학의 결과물이다. 하지만 사람들 대부분은 과학기술의 발달이 우리에게 안겨준 편리만을 당연하게 취할 뿐, 그 원리에 대해서는 별로 궁금해하지 않는다. 하지만 오늘날과 같은 불확실성 시대에는 작은 것에도 의문을 갖고 스스로 질문하고 주도적으로 문제를 해결하는 능력이 꼭 필요하다. 원리를 알면 알수록 더욱 재미있어지고, 새로운 궁금증이 꼬리에 꼬리를 무는 과학 이야기를 통해 일상을 지적 생동감으로 가득 채워보면 어떨까?

이 책은 흥미진진한 과학 이야기 속에서 끊임없이 생각의 날개를 펼칠 수 있게 북돋는다. 특히 전동화 시대에 더욱 주목받고 있는 전기자동차의 심장, 리튬이온배터리가 전기에너지를 만드는 원리를 속속들이 파헤친다. 최근 전기자동차 화재 사고가 잇따르며 사회적 불안감이 높아지고 있다. 아는 것이 힘이라는 말처럼 리튬이온배터리에 숨은 개념과 원리를 이해하고, 책에 소개된 다양한 사고실험을 진행하는 동안 막연한 두려움은 사라지고, 문제해결력과 사고력은 깊어질 것이다. 나아가 지속가능한 에너지의 미래를 위해 과학기술이 나아갈 방향 등 세상을 바라보는 새로운 시각도 갖게 될 것이다.



전기차를 달리게 하는 힘, 전기에너지가 만들어지는 비밀

세상에는 눈에 보이지 않아도 존재하는 것들이 있다. 예컨대 신념이나 신앙, 사상 등은 보이지 않지만, 사람들을 움직이는 힘을 발휘한다. 보이지 않으니까 존재하지 않는다고 단정할 수 없는 이유다. 리튬이온배터리 안에서 일어나는 반응들도 그러하다. 비록 우리 눈으로 직접 볼 수 없지만, 리튬이온과 전자의 움직임으로 인해 에너지, 그것도 자동차를 움직일 만큼 큰 에너지가 만들어진다. 이에 첫 장에서는 배터리에서 일어나는 일들을 제대로 이해하기 위한 기초개념을 중심으로 이야기한다. 물리적인 에너지, 화학적인 에너지부터 시작하여 중·고등학교 수준의 과학지식을 바탕으로 하나하나 풀어본다.



배터리와 전기화학셀과 친해지기

배터리에서 전기에너지를 생산하는 기본적인 단위인 전기화학셀에 대해 알아보는 것은 배터리를 이해하는 첫걸음이다. 하지만 현실적으로 아무리 궁금증이 몰려온다고 해도 당장 전기자동차에 사용되는 배터리의 포장을 뜯고 내부를 들여다보기는 어렵다. 이 책은 다양한 그림 자료와 함께 우리가 몰랐던 배터리의 내부로 독자들은 안내한다. 여기에서는 특히 전기화학셀을 통한 간접적인 산화 환원 반응을 중심으로 전기에너지가 만들어지는 원리를 알기 쉽게 설명하고자 한다.



2차전지의 방전과 충전 비밀

리튬이온 전기화학셀의 원리가 산화 환원 반응에 기초한다는 것을 토대로 본격적으로 방전과 충전 과정에서 일어나는 일들을 생생하게 살펴보고자 한다. 전기화학셀에 사용되는 핵심 재료들의 역할을 하나하나 알아보는 동안 배터리의 비밀이 하나둘씩 해소될 것이다. 아울러 여러 번 충전과 방전을 거듭해도 리튬이온배터리가 일정 기간 성능을 유지할 수 있는 이유에 대해서도 이해하게 될 것이다. 이 과정에서 재미있는 예시와 함께 다양한 사고실험을 경험하게 될 것이다.



미션, 배터리의 성능과 안전성을 높여라!

리튬이온배터리는 전기자동차의 핵심부품인 만큼 전기자동차의 성능과 직결된다. 이에 무엇이 리튬이온배터리의 품질을 좌우하는지를 낱낱이 파헤쳐 본다. 관련된 요인들을 하나하나 들여다보는 동안 왜 리튬이온배터리가 현재 전기자동차의 심장 역할을 꿰차게 되었는지 그 이유와 함께 앞으로 어떤 점이 더욱 보완되어야 하는지에 관해서도 생각해 볼 수 있을 것이다. 아울러 최근 사회적 불안감이 고조되는 전기자동차의 화재 문제, 꿈의 배터리로 불리는 전고체배터리 연구 현황에 관해서도 살펴본다.



전기차와 지속가능한 에너지의 미래

지구온난화와 기후변화는 이제 전 세계의 지속가능한 미래를 위협하고 있다. 이미 세계 각국에서 문제해결을 위한 다양한 전략이 논의되며, 정책에 반영되고 있다. 그중 온실가스를 배출하지 않는 전기자동차의 보급도 주요 해결 방안의 하나로 꼽힌다. 이에 마지막 장에서는 친환경의 관점에서 전기자동차를 바라보며, 에너지의 미래에 관해서도 생각해 보려 한다.



배터리와 함께 물리학, 화학, 환경공학을 넘나드는 지적 탐구 활동

인공지능이 발달할수록 수동적인 학습보다는 지적 호기심과 궁금증을 가지고 스스로 문제를 해결하고 새로운 지식을 발견하기 위해 끊임없이 노력하는 지적 탐구 활동이 더욱 강조된다. 이러한 활동은 비단 학업뿐만 아니라 향후 연구, 창작 등 다양한 분야로도 이어진다. 즉 지적 탐구 활동을 통해 학생들은 자기주도적 학습 능력을 키울 수 있고, 나아가 어른이 되어 각자 종사하는 분야에서 끊임없는 성장과 발전을 이끌어낼 수 있다는 뜻이다. 다만 지적 탐구를 위해서는 일정 수준의 지식을 습득하고 학습하는 과정이 꼭 필요한 것처럼 이 책에 담긴 내용들도 물리학, 화학, 환경공학을 넘나들며 과학적 사고력과 문제해력능력을 발휘하고픈 다양한 지적 탐구 활동을 자극할 것이다.