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Start Up Innovation / Science
시트형 배터리, 얇은 두께와 안전성 확립
맥셀, 무해한 ‘소금물’을 전해액으로

얇고 가볍고 안전한 배터리. 맥셀(Maxell)은 두께가 1mm미만의 손쉽게 구부릴 수 있는 시트 형 배터리를 개발했다. 전해액에는 인체에 무해한 수용액을 사용했다. 생체 정보 수집 및 치료약 투여 등에서 편의성 향상을 목적으로 수요가 확대될 것으로 전망되는 신체에 붙이는 타입의 의료기기 등에서 이용될 전망이다. 기존의 버튼형 배터리를 대신할 차세대 배터리로서 2020년경의 양산화를 목표로 하고 있다.

“이 배터리의 전해액은 소금물 같은 것이다. 피부에 닿아도 안심할 수 있다”. 새로운 시트 형 배터리, ‘에어패치 배터리(Air Patch Battery)’를 개발한 맥셀의 후루타니(古谷) 주임기사는 미소를 지으며 이렇게 설명했다.

이 배터리는 수cm 길이의 직사각형 시트 형으로 두께는 0.75~0.95mm. 전극과 세퍼레이터 등 배터리 재료가 모두 박막 소재로 구성되어 있다. 손으로 간단히 접을 수 있고, 손이나 허리, 복부 등 신체에 붙이거나 둘러 감을 수 있다. 무게는 0.25~3.0g으로 동일한 배터리 용량의 버튼형 배터리보다도 가볍다.

-- 건강기기에서의 수요 예상 --
고령화 등을 배경으로 세계적으로 의료기기 시장은 더욱 확대될 것으로 예상되고 있다. 혈당치 및 심전도 측정, 인슐린이나 진통제 등 약물 투여 분야에서는 편의성이 높다는 점에서 몸에 붙여 이용하는 웨어러블형 기기 보급이 추진될 가능성이 높다.

현재, 헬스케어 관련 및 손목시계 등 소형 전자기기의 배터리로서는 가격이 낮은 버튼형 배터리가 주로 사용되고 있다. 하지만 배터리의 성능을 좌우하는 전해액에는 전압을 높이기 위해 인체에 유해할 가능성이 있는 수산화칼륨과 리튬, 유기용제 등이 포함되어 있는 경우가 많다.

웨어러블형 기기는 일정 기간 지속적으로 사용하는 것이 일반적이다. 배터리로는 소형이고 사용하기 편한 시트형 배터리 보급이 추진될 가능성이 높지만, 중요한 것은 만약 전해액이 흘러 나오거나 해도 몸에 해롭지 않아야 한다는 점이다.

후루타니 주임 기사는 “몸에 부착해 사용되는 기존의 배터리는 안전 상의 문제를 안고 있었다”라며 개발 동기를 밝혔다. 그는 전해액으로 ‘소금물’을 사용함으로써 이 문제를 해결했다. 하지만 개발은 쉽지 않았다. 후루타니 주임 기사는 “안전한 재료를 사용해 배터리로서 충분한 성능을 내도록 하기 위해 정말 고생을 많이 했다”라며 당시를 회상했다. 전해액은 전기가 통하기 쉬워 안정된 전기 특성 등이 필요하기 때문에 안전성 및 농도 등을 검증하면서 수 십 종류의 중성염(Neutral Salt)을 신중하게 조사했다.

맥셀은 배터리 사업이 본업이기도 해 전해액에 관해서는 오랜 기간 키워온 노하우가 있다. 재료에 관한 데이터베이스뿐만 아니라 전기화학과 분석기술 등의 노하우를 활용하면서 최적의 조건을 가진 전해액을 개발했다.

또한 배터리 성능을 충분히 발휘하기 위해서는 전해액과 상성이 좋은 전극재도 꼭 필요하다. 중성염의 전해액을 사용할 경우, 전극이 자기 방전을 일으킨다는 문제가 있었다. 후루타니 주임 기사는 전극의 소재와 가공 방법 등 무수한 조합을 검토. 전해액에 투입되는 첨가제 등을 연구해 자기 방전이 잘 일어나지 않는 고성능 전극을 만드는데 성공했다. 기존의 배터리에 비해 2배 이상의 에너지 밀도를 실현. 전압은 1.2볼트로 통상의 버튼 배터리의 1.5볼트와 비슷한 수준이다.

-- 환경 부담 감소 --
에어패치 배터리에는 안전성 외에도 이점이 있다. 통상적인 배터리는 폐기 시에 환경 부담을 줄이기 위해 특수 처리를 실시할 필요가 있었다. 이에 반해, 소금물을 사용하는 이 새로운 배터리는 별다른 처리가 필요 없다.

현재 맥셀은 양산을 위한 체제 정비를 서두르고 있다. 과제는 가격이다. 기존의 버튼형 배터리를 대체하기 위해서는 가격도 비슷하지 않으면 안 된다. 가격을 낮추면서 안정된 품질을 실현할 수 있는 생산 라인 개발을 추진해 최종적으로 1개 당 가격을 수 십엔 정도로 낮출 계획이다.

이미 국내 디바이스 제조사들로부터 사전 문의가 들어오고 있으며 샘플 출하도 시작되고 있다. 반도체 부품업체 신코전기공업(新光電氣工業)과는 손가락 끝에 부착하는 혈중산소농도 센서모듈을 시작(試作). 센싱 및 통신에 필요한 전력을 시트형 배터리로 공급할 계획이다.

양산이 궤도에 오를 것으로 기대되는 3~5년 후에는 연간 매출 50억엔 규모의 상품으로 성장시켜나갈 계획이다. 후루타니 주임 기사는 “웨어러블 기기의 잠재 시장은 크다. 이번 새로운 배터리로 시장 점유율을 확대해나가고 싶다”라고 말한다.

 -- 끝 --