일본산업뉴스요약

전고체배터리의 임팩트
스마트폰이나 EV 진화에 탄력

스마트폰이 고기능화되면서 배터리 소비가 증가하였다. 스마트폰 사용자는 거의 매일 충전을 하지 않으면 안 된다. 기능 진척에 전력 공급이 따라가지 못하는 예라고 할 수 있다.

자동차의 경우도 마찬가지다. 가솔린차로는 주유하지 않고 왕복이 가능한데 전기자동차(EV)는 도중에 충전이 필요하다. 이것이 EV 도입을 망설이는 이유 중 하나다. 게다가 충전에 30분이나 걸린다.

이러한 주제는 모두 리튬이온배터리의 용량과 충전 시간이 관계하고 있다. 현재, 다양한 기업과 대학에서 연구 중인 전고체배터리는 이러한 문제를 거의 해결할 것으로 기대를 받을 정도로 임팩트가 크다.

전고체배터리의 충방전 구조는 리튬이온 배터리와 같지만 리튬이온의 이동을 담당했던 전해액을 고체 전해질로 대체한 것이 특징이다. 그로 인해 정극과 부극의 촉매를 방지하는 목적에서 리튬이온 배터리에는 필수였던 세퍼레이터가 필요 없게 된다.

전해질이 고체가 되면 정극에서 부극까지 갖춘 단전지 ‘셀’마다 패키지로 하지 않아도 된다. 콤팩트하게 다층화가 가능해 기전력을 늘리는 것도 용이하다.

문제는 고체전해질 이온의 자유로운 움직임을 지배하는 이온 전도도다. 연구 중인 고체전해질은 황화물계, 산화물계, 수지계로 구별된다. 현재로서는 이온 전도도가 가장 뛰어난 것은 황화물계로 지금의 액체전해질보다 높은 수치를 얻을 수 있다. 그 다음이 산화물계다.

만약 지금의 최고 성능이 실용화되면 체적당 배터리 용량은 지금의 배터리의 수배가 되어 충전 시간은 대폭으로 단축된다. 현재의 리튬이온 배터리가 안고 있는 문제가 거의 해결된다.

일반적으로 배터리는 고성능으로 하면 할수록 에너지 밀도가 올라가고 충방전할 때의 에너지 이동 밀도도 시간과 공간 모두 높아진다. 축적한 에너지가 순식간에 해방될 때 위험한 현상이 일어나지 않도록 안전을 우선했으면 좋겠다.

전고체 배터리의 개발은 전세계적으로 폭넓게 이루어지고 있지만 재료 개발에 강한 일본은 리드하는 입장에 있다. 안전한 고성능 전고체 배터리의 실현을 통해 모바일 기기를 한층 편리하고 고성능화하여 가솔린차를 대체할 전기자동차의 실현에 탄력이 붙었으면 한다.

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