일본산업뉴스요약

축전지용 액정 분자
야마나시대학 개발, 급속충전 가능

야마나시대학의 하라모토(原本) 교수 연구팀은 충전하면 반복적으로 사용할 수 있는 축전지용 액정 재료를 개발하였다. 배터리의 충전 속도를 높이는 등 성능 향상에 도움을 줄 것으로 기대된다. 규칙적으로 배열된 액정 분자에 차례대로 이온이 효율적으로 전달됨으로써, 현재 배터리에 사용되고 있는 전해질보다도 이온이 쉽게 전달된다고 한다. 3년 후에 배터리나 커패시터 등의 축전 부품의 시작(試作)을 목표한다.

축전지는 이온이 정극과 부극 사이에 있는 전해질을 이동함으로써 충방전한다. 예를 들면, 현재의 리튬이온 배터리는 액체의 전해질을 리튬이온이 왔다 갔다 하는 방법으로 작동한다.

액정 분자는 고체와 액체의 중간 성질을 갖고 있다. 신재료에 사용한 분자에는 리튬이온이나 나노리튬이온과 같은 양이온이 포함되어 있다. 연구팀은 모양 등을 바꾼 다양한 액정 분자를 준비. 그 가운데서 여러 종류를 조합하여 액정 분자가 규칙적으로 배열되는 구조를 만들었다.

양이온이 전극 사이를 이동하는 경우는 전극에서 이온이 액정 분자로 이동하면 그곳에 있었던 이온도 동시에 옆 액정 분자로 이동한다. 이러한 현상이 배열된 모든 액정 분자에서 동시에 발생하면서 이온이 반대 측 전극에 도착하게 된다.

50㎛(마이크로는 100만분의 1) 정도 간격이 떨어진 전극 사이에 액정 재료를 끼워 성능을 조사하였다. 섭씨 30도에서 5볼트의 전압을 가한 결과, 350마이크로암페어 정도의 전류가 흐르면서 이온이 움직여 배터리로서 작동할 가능성을 확인하였다. 지금까지도 이온을 운반하는 기능이 있는 액정 분자는 있었지만 섭씨 250도를 넘는 고온에서밖에 기능하지 못했다.

액정 분자를 사용하면 이온이 전해질 안을 이동하는 것이 아니라 옆 액정 분자로 옮긴다. 그렇기 때문에 이동 거리가 짧고 빠르게 운반할 가능성이 있다고 한다. 하라모토 교수는 “지금의 배터리보다 조금 비싸질 수 있지만 충전 속도 등 다른 성능 향상으로 이어진다면 수요를 전망할 수 있다”라고 기대하고 있다.

전극과 액정 재료를 교대로 쌓으면 배터리 용량의 향상도 전망할 수 있다고 한다. 배터리나 커패시터 등의 축전 부품에 응용할 수 있으면 급속 충전도 가능해진다.

전해질에 사용하는 가연성 유기용매를 쉽게 타지 않는 고체로 바꾼 ‘전고체배터리’의 개발도 진행되고 있다. 그러나 충격을 받으면 쉽게 부서지고 또한 유황을 포함하고 있기 때문에 공기에 닿으면 유독가스가 발생할 우려가 있다. 액정은 쉽게 연소되지 않고 유해물질도 포함하고 있지 않기 때문에 충격에 강한 축전 부품을 개발하는데 도움이 될 것으로 보고 있다.

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