일본산업뉴스요약

개발 진행 중인 차세대 배터리
용도 별로 유망 배터리 속속 등장

리튬이온 배터리의 결점을 보완하는 차세대 배터리의 개발 경쟁이 치열해지고 있다. 급속 충전이 가능한 전고체 배터리는 전기자동차(EV)용, 저렴한 나트륨이온 배터리는 대형 정치(定置)용으로 용도 별로 유망한 배터리 타입이 가시화되었다. 각각의 연구팀은 현재의 배터리에 없는 매력을 어필하며 성능이나 비용 면에서 격전을 벌이고 있다.

프랑스에서 지난 주에 ‘제5회 나트륨이온배터리 국제회의’가 열렸다. 중국 기업과 중국과학원은 공동으로 나트륨이온 배터리를 사용한 소형 EV를 시작(試作)하였다고 발표하였다. 반복 충전이 가능하며 1,000km 이상의 주행에 성공했다고 한다. 재료 개량 등으로 내구성 등은 기존 제품에 근접하고 있다.

국제회의에 참가한 도쿄이과대학의 고마바(駒場) 교수는 “실용화가 가까워지고 있다”라고 실감한다. 기업의 성과가 잇달아 발표되고 있기 때문이다. 18개국에서 모인 참가자 중 기업은 20% 이상을 차지하였다.

나트륨이온 배터리의 최대 매력은 싼 가격이다. 가격이 상승하고 있는 리튬과 달리 지구에 풍부하게 존재하는 나트륨을 사용한다. 전극은 희소금속인 코발트에서 철 등의 싼 금속으로 만들 수 있다. 비용은 현재보다 약 20% 내려간다.

과제는 리튬보다 무겁고 EV에 실으면 항속거리를 늘리기 어렵다는 것이다. 고마바 교수는 “(용도는) 자연 에너지로 만든 전기를 축적하는 정치용 대형 축전지가가장 유력하다. 이르면 5년 후에 실용화할 수 있을 것이다”라고 기대한다.

또한 저가의 유황을 사용하는 리튬유황 배터리도 정치용을 목표하고 있다. 개발하는 요코하마국립대학의 와타나베(渡辺) 교수는 “전기를 축적하는 비용은 현재의 약 4분의 1이 된다”라고 말한다. 과제는 내구성이다. 전극의 유황이 녹아서 흘러나오는 등 열화되기 쉽고 고용량에 필수인 두꺼운 전극을 제작하기 어렵다. “실용화는 2030년 무렵일 것이다”(와타나베 교수)

EV용 배터리의 경우는 도요타자동차가 20년대 전반에 실용화를 목표하고 있는 전고체 배터리가 앞서고 있다. 도요타자동차는 이온이 지나는 길인 고체 전해질을 도쿄공업대학의 스가노(菅野) 교수와 11년에 발표하였다. 기존의 액체 전해질의 성능을 웃돌았다.

스가노 교수는 “급속충전과 안전성에서는 뒤지지 않는다”라고 말한다. 이온이 고속으로 움직여 전기를 넣고 빼기 쉽다. 충전시간이 짧아져 발진 등의 주행 성능이 향상한다. 쉽게 연소되는 액체 전해질을 사용하지 않아도 된다. 도요타 등 23사는 대학 등과의 프로젝트에서, 2030년을 목표로 EV의 충전시간을 10분으로 하는 등의 목표를 내걸었다.

전고체 배터리는 차기 전해질을 노린 연구를 진행 중이다. 스가노 교수 연구팀의 전해질은 유황을 포함하는 ‘유화물형’ 타입이다. 급속 충전이 가능하지만 공기에 닿으면 가스가 발생하는 과제가 있다. 세라믹 재료를 사용하는 ‘산화물형’은 이 결점을 극복하여 안전하고 다루기 쉬울 것으로 기대를 받고 있다.

연구를 추진하는 물질∙재료연구기구의 다카다(高田) 씨는 “EV에서의 실용화는 30년 무렵일 것이다”라고 말한다. 기존의 배터리와 비교하여 이온의 움직임이 약 10분의 1 이하인 것이 과제다.

센서나 웨어러블 단말 등의 소형 배터리로 한정하면 산화물형의 실용화는 가까워졌다. TDK는 18년 6월, 한 달에 3만개를 생산하는 체제를 정비하였다. 무라타제작소나 다이요유덴(太陽誘電)도 개발을 추진하고 있다.

소형 배터리는 리튬공기 배터리도 유망하다. 공기 중의 산소로 충방전한다. 가벼워 드론 등에도 사용할 수 있을 것으로 보이지만 수분에 약하고 수명이 짧다. 실용화까지의 여정은 아직 험난하다.

물질∙재료연구기구와 소프트뱅크는 18년 4월, 25년의 실용화를 목표로 공동연구를 시작하였다. 물질∙재료연구기구의 구보(久保) 팀리더는 “구조가 단순하고 비용은 현재의 약 10%가 될 가능성이 있다”라고 말한다.

리튬이온 배터리는 오랫동안의 개량을 통해 성능을 높이고 있어 이 아성에 도전하는 것은 간단하지 않다. 앞으로의 연구에서 목표한 대로의 성능을 실현할 수 있는지 여부가 차세대 배터리의 명암을 가를 것이다.

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