일본산업뉴스요약

전해액 열화를 방지하는 첨가제 개발
EV용 배터리를 고전압으로/ 항속거리 대폭 향상

호쿠리쿠첨단과학기술대학원대학의 마쓰미(松見) 교수 연구팀은 리튬이온배터리를 고전압에서도 작동할 수 있도록 하는 첨가제를 개발하였다. 전해액이 열화되는 것을 방지하여 충방전을 반복하는 동안에 전극이 상하는 것을 막는다. 전기자동차(EV) 등에 탑재하는 대형 배터리에 응용할 수 있다면 항속거리를 대폭으로 늘릴 수 있을 것으로 보고 있다. 수년 후의 실용화를 목표한다.

리튬이온배터리는 이온이 지나는 길인 전해액 속을 정극과 부극 사이에서 왕래함으로써 충방전을 반복할 수 있다. 망간, 니켈, 코발트를 포함하는 정극 재료를 응용할 수 있다면 고전압에 견딜 수 있을 것으로 기대하고 있다. 기존의 전해액은 분해되어 버리기 때문에 고전압 배터리를 제작하는 것은 어려웠다.

연구팀은 수지를 합성하는 촉매 등에 사용하는 ‘Bis(imino)acenaphthene’라는 화합물에 주목. 이 구조를 변경하여 전해액에 사용하는 ‘Ethylene Carbonate’라는 유기 용매보다 쉽게 파괴되는 첨가제를 합성하였다. 고전압으로 했을 때에 첨가제가 먼저 분해됨으로써 유기 용매가 열화되지 않도록 한다.

개발한 첨가제를 전해액에 녹여 배터리를 시작(試作)하여 성능을 조사하였다. 4.8볼트의 고전압에서 작동시켜 정극을 해석한 결과, 100회의 충반전 후에 약 70%의 용량을 유지할 수 있다는 것을 알았다. 첨가제를 넣지 않은 배터리는 전해액이 분해되어 충방전이 불가능했다고 한다.

첨가제는 파괴된 후에 전기를 통과하는 폴리머로 변했다. 정극의 표면에 붙어서 열화를 촉진하는 물질로부터 보호하는 효과가 있을 것으로 본다. 정극의 열화를 촉진하는 불화수소라는 물질을 포착하는 구조가 있다. 전해액이 분해되면서 발생하는 물질로 정극의 층상 구조가 무너지는 원인이 된다. 현재의 리튬이온배터리는 약 3.7볼트 정도로 움직인다. 전압을 높게 하면 용량을 결정하는 에너지 밀도가 올라간다.

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