일본산업뉴스요약

차세대의 선도자
배터리, 세라믹스 한 종류만으로 충방전 가능
독특한 발상, 배터리 발화를 없애
 

▶ 이노이시 아츠시 (큐슈대학 조교수)
1985년 10월 사이타마현 출생
2013년 큐슈대학원 공학연구원 박사과정 수료
현재까지 문부과학성, 무라타 학술진흥재단, 스즈키 재단 등의 조성(助成)연구에서 대표자를 역임

스마트폰 및 태블릿을 지금보다 좀더 긴 시간 사용할 수 있도록 내장한 배터리의 대용량화가 진행되고 있다. 그러나 많은 에너지를 담아두는 대가로 발화사고가 일어나고 있다. 큐슈 대학 조교수인 이노이시 씨는 문제의 해결을 위해 전해질을 불에 타는 액체에서 불에 타지 않는 세라믹스로 바꾸는 연구에 매진하고 있다.

충∙방전을 되풀이하는 축전지의 대표 격이 리튬이온전지이다. 이노이시 팀은 작년 12월, 한 종류의 세라믹스만으로 충∙방전하는 새로운 리튬이온 배터리를 나고야시(市)에서 열린 고체 이오닉스 토론회에서 발표했다. 일본 국내외의 전기기계 및 자동차 업체로부터의 문의가 이어졌다. 일부와는 공동 개발의 이야기를 추진하고 있다.

올해, 섭씨 영하 40도에서도 배터리로써 작동되는 것을 확인. 3월에 도쿄 하치오지(八王子) 시에서 열리는 전기　화학회에서 발표하여 주목을 받았다. 액체의 전해질은 빙점 아래에서 고형화되어 특성이 급격히 떨어져 배터리가 작동하지 않게 된다. 5년 후를 목표로 실용적인 배터리 시작(試作)을 노린다.

발상은 독특하다. 「정극, 전해질, 부극의 접촉면이 배터리 성능의 향상을 방해하고 있다. 그렇다면 하나로 만들면 된다」라는 생각이 번뜩 들었다. 리튬이온 배터리는 전해질 안을 이온이 이동하며 충전 시에는 부극, 방전 시에는 정극으로 이온이 모인다.  액체의 전해질은 전극과 밀접해 있다.

전해질은 가연성이기 때문에 새어 나오면 발화의 위험이 있다. 불이 나지 않게 세라믹스로 바꾸면 안전성이 높아지게 된다. 그러나 고체의 전해질을 전극에 맞붙인다 해도 액체처럼 밀착되지는 않는다. 그 결과, 전기저항의 성능이 떨어지게 되는데, 그렇다면 접촉면이 없는 1개의 재료로 만들어 버리면 문제가 해결될 것이다.

기본이 되는 재료는 2010년에 큐슈대학 교수인 오카타(岡田) 씨가 개발한 나트륨 및 리튬을 포함한 산화물이다. 전기적인 성질이 각각 전극과 전해질에 알맞게 조성된 산화물로 배터리를 조립했다. 이노이시 씨는 오카타 씨의 성과를 받아들여 전극과 전해질의 양쪽에 맞는 중간적 소재를 사용했다. 그래서 배터리로써 작동하는 것을 확인할 수 있었다.

「오카타 교수는 상세한 지시 없이 자유롭게 연구하게 해주었기 때문에 성공할 수 있었다」라고 말한다. 재료를 일체형으로 한다는 생각도 처음부터 오카다 교수에게는 알리지 않고 실험에 성공한 다음에 보고했으며, 그도 함께 기뻐해주었다고 한다.

이노이시 씨는 연구자가 될 줄은 몰랐었다. 중학생 때 육상부 고문으로부터 열심히 지도를 받아 초등학교나 중학교 선생이 되려고 도쿄학예대학에 입학했다. 그의 인생 전환기는 대학교 4년생이었을 때 찾아왔다. 배치된 소속 연구실이 학교 내에서 유일하게 연구자를 매년 배출해 온 곳이었다. 조교수인 요시나가(吉永) 씨 밑에서 고체산 촉매를 사용하여 단단한 골격의 탄화수소 펜탄의 원자배열을 바꾸는 의욕적인 테마 연구로 빠져나가게 되었다.

여기에서 실험이 적성에 잘 맞는다고 생각되어 석사과정을 밟게 된다. 또한 연구를 계속하고 싶다고 생각했으나, 학예대학은 이공계 박사과정이 없었다. 요시나가 씨에게 도움을 청한 결과, 오이타(大分) 대학에서 박사과정 연구원 시절에 도움을 받아 현재는 큐슈대학 교수로 재직 중인 이시하라 씨의 연구실을 추천해줬다.

박사과정은 이시하라 연구소에서, 충전 가능한 새로운 공기 배터리의 개발에 몰두했다. 그 흐름을 타서 박사 학위를 취득한 후, 같은 큐슈 대학에서 배터리의 연구개발을 하는 오카타 연구실의 조교수로 채용되었다.

초등학교의 선생님은 되지 못했지만, 교육자라는 마음가짐에는 지금도 변함이 없다. 「대학에서 독창적인 발상이 가능한 학생들로 키우고 싶다. 장점을 이끌어 내 주고 싶다」라며 이노이시 씨는 말한다.

  -- 끝 --