일본산업뉴스요약

도쿄덴키대학, 용량 감소 적은 전극재료 개발
나트륨이온전지용, 30회 충∙방전에도 90% 용량 유지

도쿄덴키(東京電機)대학의 야부우치(藪內) 조교수 팀은 충∙방전 반복 시의 용량 감소를 줄인 차세대 축전지 ‘나트륨이온전지’의 전극재료를 개발했다. 정극과 부극 재료를 변경해, 충∙방전을 수 십 회 반복해도 용량이 약 90%로 유지되도록 했다. 향후, 나트륨이온 전지를 시작(試作)해 수명 등 성능을 높여나갈 계획이다. 전기자동차(EV) 등의 전원으로 실용화를 목표로 하고 있다.

나트륨이온전지의 기본적인 구조는 EV 등에 사용되는 리튬이온전지와 동일하다. 리튬이온 대신 나트륨이온이 정극과 부극 사이를 왕래하면서 충∙방전이 반복된다. 희귀금속인 리튬이 아닌, 해수 등에서도 채취할 수 있는 나트륨을 사용하기 때문에 저렴하게 만들 수 있다. 차세대 축전지로 기대를 모으면서 다양한 전극재료에 대한 검토가 추진되고 있다.

야부우치 조교수 팀은 정극 재료로서 망간산화물이 층상(層狀) 구조로 이루어진 물질에 주목했다. 나트륨이온이 주입될수록 빈 공간이 생기는 결정 구조를 형성, 나트륨이온을 축적하는데 적합하다. 하지만 이 상태로는 충∙방전을 반복할 경우, 금방 용량이 줄어드는 결점이 있다. 하지만 망간의 약 20%를 티탄으로 바꿔 실험한 결과, 30회의 충∙방전으로도 용량은 약 10%밖에는 줄어들지 않았다.

부극재료는 중견 화학업체 덴카와 공동 개발. 덴카가 개발한 2종류의 수지와 결합한 고분자(폴리머)를 부극재료의 접착제 역할을 하는 ‘바인더’로 활용했다. 부극 재료에는 크로뮴과 산화티탄을 포함한 물질을 사용했다.

기존의 바인더로는 최초의 방전 시 축전된 전기의 20% 이상이 손실된다. 새로운 기술의 경우, 최초로 충전된 전기의 손실을 약 10%로 낮출 수 있다. 이후 충∙방전을 약 100회 반복해도 용량은 거의 줄어들지 않았다.

앞으로는 배터리를 시작해 성능을 확인. 혼합하는 원소의 종류 및 비율 등을 조절해 배터리 수명을 늘리도록 개선해나간다. 태양광 등을 통해 생산되는 전기를 저장하는 고정용 대형 배터리로의 응용을 목표로 한다.

영국∙프랑스∙중국 정부가 향후 가솔린차의 판매 금지를 검토하고 있는 가운데, EV용 배터리에 대한 수요는 점점 높아질 전망이다. 최근 리튬이온의 가격은 폭등하고 있다. 야부우치 조교수는 “리튬이온전지에 비해 성능은 조금 떨어지지만 값이 싸지면 수요는 있을 것이다”라고 전망한다.

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