일본산업뉴스요약

식물의 당으로부터 리튬이온전지 소재 제작
호쿠리쿠 선단대학, 고체 전해질에 활용

호쿠리쿠 선단과학기술대학원대학(北陸先端科学技術大学院大学)의 가네코(金子) 교수와 마쓰미(松見) 교수 연구팀은 식물 등의 당을 통해 리튬이온전지의 주요 소재를 제작하는 기술을 개발했다. 이온이 왕래하는 길이 되는 고체 전해질에 활용할 수 있다. 미생물이 당을 먹이로 합성한 원료로 플라스틱을 만들어 붕소가 함유된 물질을 붙이는 등을 통해 이온이 통과하기 쉽도록 했다. 이산화탄소 배출 절감 및 폐기물 처리 해결로 이어질 수 있을 전망이다. 연구팀은 5년 후의 실용화를 목표로 하고 있다.

-- 폐기 시 CO₂ 절감 효과 --
연구팀은 이 신기술을 전기자동차(EV) 등에 탑재되는 리튬이온전지의 전해질에 응용하는 것을 계획하고 있다. 현재는 EV에 가연성 액체를 이용하지만 신기술을 이용한다면 잘 타지 않는 고체로 대체할 수 있다. 고체의 전해질에서 주류인 세라믹을 이용한 타입에 비해 재질이 부드러워 가공하기 쉽고 충격으로 인한 손상이 잘 발생하지 않는다는 장점이 있다.

연구팀은 식물에 포함되어 있는 글루코스(Glucose)를 먹이로 방선균(放線菌)이라고 하는 미생물이 만드는 물질에 주목했다. 이 특정 물질을 원료로 폴리벤즈이미다졸(Polybenzimidazole, PBI)이라고 하는 플라스틱을 제작해 이온이 통과할 수 있도록 개량했다. 여기에 마이너스 전기를 가진 붕소가 함유된 물질을 붙이고 이온이 잘 통과하는 이온 액체를 혼합했다.

이온이 통과하는 효율을 상세하게 분석한 결과, 현재의 리튬이온전지에 이용하는 액체 전해질에 필적하는 성능을 보였다. 전압은 현재의 3.7볼트에서 5볼트 정도로 향상되어 EV의 항속거리를 늘리는데 도움이 된다. 발화 등의 사고를 예방할 수 있어 배터리의 안전성도 높아진다.

실험에서는 실리콘이 포함된 고용량 부극에서 전해질로 기능하는 것을 확인했다. 앞으로 정극과 부극 양 쪽 다 사용해 배터리를 시작(試作), 충∙방전을 반복해 내구성 등 성능을 자세히 조사할 예정이다. 플라스틱에 붙이는 물질과 혼합하는 액체 종류 등을 연구한다면 이온을 통과시키는 성능이 더욱 높아질 수 있을 것이라고 한다.

연구팀은 개발한 전해질을 양산하는 기술을 확립해 실용화하는 것을 목표로 하고 있다. 플라스틱 등의 고분자(폴리머)를 이용한 전해질은 이온이 잘 통과되기 어렵다는 단점이 있었다. 이번 신기술은 전해질 전체에 마이너스 전기를 가진 전자가 퍼지기 때문에 플러스 전기를 가진 리튬이온이 속박되지 않고 이동할 수 있을 것이라고 한다.

식물을 통해 만든 재료의 활용은 CO₂ 절감으로도 이어진다. 리튬이온전지는 주로 소각해 처분하기 때문에 폐기 시 CO₂가 발생한다. 이번 신기술의 경우 식물이 흡수한 CO₂가 다시 대기 중으로 돌아가는 카본 뉴트럴(Carbon Neutral)이 된다.

 -- 끝 --