일본산업뉴스요약

차세대 ‘공기 전지’의 실용화 앞당겨져
후지쓰계열 등, 배터리 수명 연장 기술 개발

궁극의 축전지라고 불리는 ‘공기 전지’의 최대 과제인 수명을 크게 향상시키는 기술이 잇따라 개발되고 있다. 후지쓰계열 전자부품 제조사인 FDK는 수소를 이용한 특수한 타입을 개발, 실용화 전망을 높였다. NTT는 주류 차세대 배터리 후보인 리튬을 이용한 긴 수명의 배터리를 시작(試作)했다. IoT 시대에서는 고성능 배터리의 필요성이 높아진다. 실용화 시기가 크게 앞당겨져 2020년대가 될 가능성이 높은 가운데 뜨거운 개발 경쟁이 추진될 전망이다.

-- 가벼운 특성 살릴 수 있는 용도로 --
FDK는 개발한 공기 전지의 가벼운 특성을 활용해 하늘을 나는 자동차와 움직이는 로봇, 건강 상태를 파악하는 센서 등으로 탑재하는 것도 시야에 넣고 있다. 다양한 기기의 데이터 수집 필요성이 높아지면서 공기 전지와 같은 가볍고 성능이 높은 배터리의 수요가 높아질 것으로 전망된다. 태양광 등 재생가능에너지의 쓰고 남은 전력을 저장하는 시스템이 보급된다면, 이산화탄소의 대규모 배출 감소도 기대할 수 있을 것이다.

리튬이온전지의 등장으로 모바일 기기가 보급되면서 IT(정보기술) 혁명을 뒷받침했다. 리튬이온전지의 성능은 향상되었고 자동차의 자동화에서도 핵심 부품으로 자리잡고 있다. 하지만 기술적인 한계가 가까워지고 있고, 연소되기 쉽다는 단점도 있다.

차세대 기술의 유력한 후보 중 하나인 공기 전지는 흡수한 공기 중의 산소로 화학 반응을 일으켜 전기를 만들어낸다. 산소는 무제한으로 공급되기 때문에 이론 상으로는 전기를 저장할 수 있는 양이 리튬이온전지의 5~10배에 달한다.

플러스와 마이너스 가운데 플러스 쪽의 전극이 금속에서 산소로 대체되기 때문에 무게가 현격하게 가벼워지고 재료 비용도 낮출 수 있다. 현재는 성능이 짧은 시간 안에 저하되기 때문에 실용화의 커다란 과제가 되고 있다.

FDK가 개발한 공기 전지는 수소를 산소와 화학 반응을 일으켜 전기를 만든다. 하이브리드차 등에 이용되고 있는 니켈수소배터리의 구조를 활용해 니켈을 이용하는 정극을 산소로 교체했다. 귀금속 루테늄을 주성분으로 하는 미립자를 부착해 반응이 일어나기 쉽도록 했다. 충∙방전을 500회 반복해도 성능 저하는 10% 이하였다. 재생에너지의 전력 저장용의 경우 10년 정도 이용할 수 있을 것으로 보고 있다.

공기전지에는 산소에서 CO₂와 불순물을 제거하는 장치가 필요하다. 이러한 부수적 부품을 포함해도 비용은 리튬이온전지보다 낮다고 한다. 쇼세(圧瀬) 상무는 “성능은 지금보다도 2~3배 향상될 수 있다”라고 말한다.

NTT는 부극에 리튬을 이용하는 리튬공기전지가 충전과 방전을 100회 반복해도 성능이 저하되지 않은 것을 확인했다. 망간을 주성분으로 하는 화합물을 혼합시킨 것이 포인트로, 충전 및 방전에 필요한 화학 반응을 일으키는 기능이 있다. 기존에는 수 회의 충∙방전만으로 열화 되었다.

기존의 리튬공기전지는 충∙방전을 반복하면 불필요한 물질이 생성되어 성능이 쉽게 저하된다. NTT는 이번 성과로 최적의 재료 탐색이 추진되기 쉬워지고, 배합을 통해 수명을 늘릴 수 있을 것이라고 한다.

물질∙재료연구개발기구는 소프트뱅크와 리튬공기전지의 공동 연구를 추진, 2025년의 실용화를 목표로 하고 있다. 탄소 나노 튜브와 그래핀(Graphene) 등의 나노 탄소 재료를 이용해 용량을 리튬이온전지의 15배로 높이고, 100회 이상의 충∙방전에도 열화되지 않는 것을 확인했다. 구보(久保) 팀 리더는 “용량은 10배 이상, 비용은 10분의 1 이하가 목표이다”라고 말한다. 모바일 기기 및 드론용 용도를 전망하고 있다.

차세대 배터리의 개발 경쟁에서는 안전하고 충전 시간이 짧은 전고체 전지가 곧 실용화될 것이라고 알려져 있다. 공기 전지는 고속 충전과 수명에서 전고체 전지에 뒤쳐지지만, 가볍고 배터리로서 잠재되어 있는 능력에선 앞서있다. 도요타자동차는 전고체 전지가 탑재된 전기자동차(EV)의 실용화를 서두르는 한편, 공기 전지의 연구 개발도 추진하고 있다.

차세대 배터리는 공기 전지뿐만 아니라 다른 후보도 포함해 각각의 강점을 살릴 수 있는 분야에서 보급되어 나갈 전망이다.

 -- 끝 --