일본산업뉴스요약

칼륨이온 배터리
용량 저하를 억제하는 전해질 개발

도쿄이과대학의 고마바(駒場) 교수와 대학원생 호사카(保阪) 씨는 차세대 축전지의 하나로 기대를 받고 있는 ‘칼륨이온 배터리’의 용량 저하를 억제하는 이온 농도가 높은 전해액을 개발하였다. 리튬이온 배터리와 비교하여 고출력의 저가 배터리의 실현으로 이어진다. 앞으로 기반 기술을 확립한 후에 전극과 조합한 배터리를 시작(試作)한다.

칼륨이온 배터리의 주요 구조는 전기자동차(EV) 등의 전원에 사용되는 리튬이온 배터리와 거의 동일하다. 단지 리튬이온 대신에 칼륨이온이 정극과 부극 사이를 왕래함으로써 충방전한다는 점이 다르다.

연구 팀은 칼륨이온 배터리의 전극 재료를 개발하고 있었다. 그러나 충방전을 반복하면 열화가 발생하여 용량이 저하하는 문제가 있었다. 그 때문에 이온의 농도가 높은 ‘농후 전해액’을 개발하였다.

농후 전해액은 전자 등과의 반응으로 전극이 열화하는 것을 방지할 것으로 기대되고 있으며 다양한 재료로 검토가 추진되고 있다. 복수의 종류를 시작(試作)하여 해석해본 결과, 디메톡시에탄이라고 부르는 유기 용매에서는 칼륨이온이 쉽게 움직인다는 것을 알았다.

칼륨이온이 출입하기 쉬운 전극 재료에서 이것을 사용한 농후 전해액을 시험해 보았다. 정극에 사용할 수 있는 프러시안블루라고 부르는 재료에서 충방전을 약 300회 반복하였더니 용량을 95% 유지할 수 있었다. 통상은 급속하게 용량이 저하한다고 한다. 부극 재료에 사용하는 흑연은 거의 열화하지 않고, 거의 100%의 용량을 유지한다는 것을 알았다.

프러시안블루는 철이나 망간 등의 저가 물질로 되어 있다. 코발트 등의 고가의 레어 메탈을 정극 재료에 포함하는 리튬이온 배터리보다 저가의 배터리가 가능하다고 보고 있다.

칼륨은, 같은 알칼리 금속이라고 불리는 원소인 리튬이나 나트륨과 비교하여 용매를 끌어당기는 힘이 약하고 이온이 자유롭게 움직이기 쉽다. 칼륨으로 대체한 배터리가 완성되면 출력이 향상되면서 EV의 가속이나 발진 등 주행 성능이 높아진다. 충전 시간도 단축할 수 있다. 가격이 계속 상승하는 리튬을 사용하지 않아도 된다는 이점도 있다.

현재는 쇼와전공과 협력하여 연구를 추진하고 있다. 앞으로 열화를 더욱 억제할 수 있는 전해액을 개발하여 배터리를 시작(試作)하고 실용화를 목표로 한다.

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