2차전지(LiB전지)의 부재개발동향

포스트LiB전지 연구개발동향
기사입력 2011.06.15 11:26
댓글 0
  • 카카오 스토리로 보내기
  • 네이버 밴드로 보내기
  • 페이스북으로 보내기
  • 트위터로 보내기
  • 구글 플러스로 보내기
  • 기사내용 프린트
  • 기사내용 메일로 보내기
  • 기사 스크랩
  • 기사 내용 글자 크게
  • 기사 내용 글자 작게
LiB전지는 고용량, 고전압, 고에너지 밀도에 대응하여 다양한 용도에 사용되고 있으나, 금후는 하이브리드자동차(HEV), 전기자동차(EV)로의 전개가 주목되고 있다. 한편으로는 과제도 있다. 그 하나가 새로운 고에너지밀도화이다. EV의 항속거리는 160㎞ 이하로 내연기관자동차(400~500㎞)에 비해서 짧다.

이것을 인식하여 경제산업성은 2030년까지 현행이 7배 에너지밀도를 요구하고 있으나, 현재로서는 이 달성이 곤란하다는 콘센스이다. 여기에서 주목되고 있는 것이 LiB 이상의 성능을 실현할 수 있는 「포스트LiB」이다.

◇ 금속공기, 리튬 등에 주목

일본경제성이 06년에 마무리한 「차세대 자동차용 전지의 미래를 향한 제언」 중에서 전지의 에너지밀도를 15년까지는 3배, 30년까지는 7배로 높인다는 목표를 세우고 있다. 이 목표는 4월에 동 경제성이 마무리한 「차세대 자동차 2010」에서도 답습되고 있다.

이 요구에 따르면 현재의 에너지밀도 100~150wh/㎏(중량에너지밀도)에 대해 30년까지는 700wh/㎏로의 성능으로 높일 필요가 있다. 그러나 정극재, 부극재, 세퍼레이터, 전해액 등 현재 검토되고 있는 LiB 재료나 콘셉트에서는 엄격하여 300~400wh/㎏가 한정이라고 한다. 여기에서 주목되고 있는 것이 금속공기전지, 리튬동전지, 전고체형 LiB라는 포스트LiB이다. 금속공기전기는 부극으로 각종 금속, 정극으로 공기를 채용한 전지의 총칭이다.

철공기전지, 아연공기전지, 리튬공기전지, 알미공기전지 등이 검토되고 있다. 이의 에너지밀도는 현행의 LiB와 비교하여 3배 이상이 가능하다. 예를 들면, 아연공기전지에서는 1300wh/㎏, 철공기전지에서는 900wh/㎏, 알미공기전지에서는 4000wh/㎏ 수준이다(다각기 이론치).

포스트LiB 실현을 위해 대학, 연구기관, 기업의 연구개발이 활발하다. NEDO는 차세대 축전지 개발프로젝트로서 “축전 복합시스템화 기술개발”(프로젝트기간 07~11년)과 “차세대 축전지 재료평가기술개발”(동 09~15년)을 시작하고 있다.

전자는 EV용의 고성능LiB, 모터의 요소기술개발, LiB의 내구성평가, 안정성 시험방법확립 등의 기반기술개발 등을 포함한 것으로 최종적으로 500wh/㎏의 에너지밀도를 목표로 하고 있다. 후자는 기존의 LiB 성능을 대폭으로 상회하는 최첨단의 축전지를 추구하는 프로젝트이다.

금속공기전지 등의 포스트LiB도 대상으로 하고, 축전지의 반응메카니즘의 해명, 해석기술의 개발, 차세대LiB에 연결하는 재료기술의 혁신 등을 연구테마로서 하고 있다. 금속공기전지에서는 산업기술종합연구소 에너지기술연구부문의 연구원 등이 LiB의 수배의 에너지밀도를 갖는 리튬공기전지를 개발하고 있다.

7-10.png
 

부극 측으로는 금속리튬과 유기전해액을 형성하고, 정극측은 미세화 카본과 촉매에 의한 정극과 전해액으로서 알칼리성의 수용성 겔을 사용하고, 또한 정극과 부극을 분리하는 고체전해질을 사이에 삽입한다. 성능 면에서는 정극재의 방전용량을 현행 LiB의 10배 이상을 실현, 더해서 부극 측에 금속리튬을 카세트방식 등으로 공급하는 것으로서 연료전지로서의 기능도 완수한다.

전고체형 LiB는 안정성이 높고, 고용량으로 발화하지 않는 것 등의 메리트가 있다. 고체이기 때문에 이온의 전도가 나쁘다는 약점이 있다. 여기에서 이 이온전도를 높이는 연구가 활발하다. 예를 들면 물질, 재료연구기구의 국제나노아키텍처닉의 연구원은 전극/전해질 계면에 착안하였다. 전극과 전해질의 사이의 두께 5~10㎜의 산화물의 완충층(리튬티탄산화물이나 리튬니오부산화물)을 끼어 넣어서 계면의 저항치를 50분의 1~100분의 1로 저감, 겔 상 전해질을 채용한 리튬이온폴리마전지와 거의 동등한 에너지밀도를 실현할 수 있다고 한다. 금후, 새로운 재료를 검토하여 성능 치를 높여나간다.

동경대학, 대학원 총 미공학연구과의 교수는 정극재로 유황/메소폴라스카본복합체를 사용한 전고체 LiB를 개발하였다. 정극재에 있어서는 기존 LiB의 고발트산리튬의 4배 이상의 용량을 실현하였다. 금후는 보다 이온전도도의 높은 전해질이나 부극재를 검토하는 것으로서 성능을 높여나갈 것이다.

<저작권자ⓒ전자자료사 & semieri.co.kr 무단전재-재배포금지. >
 
 
 
 
  •   전자자료사(http://www.semieri.co.kr)  |  설립일 :  1987년 11월 11일  |  대표이사 : 김치락  |  우.06754 서울시 서초구 강남대로 25길65 셀라빌딩 3층 
  • 사업자등록번호 : 204-81-25510  |  통신판매신고 : 제 2016-서울서초-1320호
  • 대표전화 : 02-574-2466 [오전 9시!오후6시 / 토, 일, 공휴일 제외(12시~1시 점심)]  |   semieri@semieri.co.kr
  • Copyright © 2016. semieri.co.kr all right reserved.
전자자료사의 모든 콘텐츠(기사)는 저작권법의 보호를 받습니다. 무단 전제·복사·배포 등을 금합니다.