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Nikkei X-TECH_2020.12.16

미 벤처기업, 330Wh/g의 전고체 배터리 개발
급속 충전에서는 과제도

미국 솔리드파워(Solid Power)는 미국시간으로 20년 12월 11일, 중량 에너지 밀도가 330Wh/kg인 전고체 배터리 파우치형 셀을 개발하고, 평가용으로 샘플 출하를 시작했다고 발표했다. 셀의 용량은 20Ah로, 정극/전해질/부극의 22층으로 이루어졌다고 한다.

솔리드파워는 20년 10월에 용량 2Ah, 층수 10층에 중량에너지 밀도 330Wh/kg의 전고체 배터리를 시작(試作)하고, 21년에 제품화, 26년에는 차량탑재용 배터리로서 출하한다는 계획을 발표했었다. 이번에는 대용량화와 약간의 중량 에너지 밀도 향상을 달성했다. 상정 이용 온도는 실온~70℃라고 한다.

솔리드파워는 앞으로 중량 에너지 밀도를 400Wh/kg까지 높일 계획이다. 또한 22년 초에는 정식 차량탑재 용도를 위한 성능평가 프로세스를 시작할 계획이라고 한다.

12년에 설립된 솔리드파워는 콜로라도대학발 벤처기업이다. 지금까지 독일 BMW, 일본 산오공업, 한국의 현대크래들과 삼성벤처인베스트먼트, 미국 포드모터 등의 출자를 받았다.

-- 늦은 충방전이라면 문제 없지만 --
솔리드파워의 전고체 배터리는 고체 전해질에 황화물계 재료, 부극에 금속 리튬(Li)을 사용하고 있다. 금속 Li의 부극은 일반적으로는 충방전을 반복하면 ‘덴드라이트’라는 수상돌기 모양의 Li 석출물이 부극에서 정극을 향해 성장하고, 용량이 저하된다. 최악의 경우는 그것이 정극에 도달해서 단락이 일어나고, 발화 사고 등으로 이어지는 과제가 있다.

솔리드파워는 그것을 해결하는 대책에 대해 상세히 밝히지 않고 있지만 이번에 2층 시작(試作) 셀에 대한 충방전 사이클 시의 데이터를 공개하고, 적어도 충전이나 방전이 각각 20시간이라는 느린 충방전이라면 250사이클까지는 큰 문제가 없다고 밝혔다. 용량은 당초의 사이클로 초기값의 약 70% 전후로까지 떨어지지만, 거기서부터 충방전 사이클이 늘어나면서 용량은 서서히 회복되는 것 같다.

한편 보다 빠른 충방전에는 다소 문제가 있는 것으로 보인다. 구체적으로는 용량 2Ah의 셀에서 온도 29℃로 방전 레이트를 차츰 높이면 방전 용량이 크게 저하된다. 1시간에 방전하는(1C의) 경우, 방전 용량은 느리게 방전할 때의 수 %로까지 떨어졌다. 단, 방전 레이트를 느리게 하면 용량은 거의 회복된다. 또한 온도를 높이면 저하 폭은 짧아지고, 70℃에서는 20분 방전(3C)에서도 느린 방전 시의 80%로 저하 폭은 작았다고 한다.

또한 2㎠의 작은 셀의 경우는 온도 29℃에서 평상시에는 통상 충전, 가끔 급속 충전[구체적으로는 5시간(C/5) 충방전을 4사이클, 다음 1사이클은 30분 충방전(2C)]이라는 패턴을 반복한 경우, 100사이클 후의 용량 유지율은 약 97%였다. 이러한 용량 저하 경향이 계속된다면 1,000사이클 후에 용량은 초기값의 약 74%, 3,000사이클 후에는 40%가 된다. 일반 소비재라면 문제가 없지만 EV용으로서는 문제가 있다.

 -- 끝 --

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