드론 및 웨어러블(Wearable) 기기가 등장하면서 배터리에 대한 관심이 더욱 높아지고 있다.
배터리 생산기업들은 작고 가벼우면서 장시간 구동이 가능한 성능 요구에 대응한 연구개발(R&D)을 가속화하고 있다.
주류인 LiB(Lithium-ion Battery)는 구성소재를 변경함으로써 용량을 기존의 2배 이상으로 확대하는 기술을 개발하고 있으며 고차원적인 안전성을 확립하는 대책도 잇따르고 있다.
전해질에 세라믹을 채용한 전고체전지도 보급이 본격화될 것으로 예상되고 있다.
드론은 동력원으로 배터리를 탑재할 때 kg당 약 130W의 전력이 필요함에 따라 기체가 20kg인 드론은 단순 계산으로 2600W의 배터리가 필수적인 것으로 파악되고 있다.
그러나 해당 배터리는 무게가 4-5kg에 달하고 실제 비행시간이 단 20분에 불과한 것으로 나타나 배터리가 드론 보급에 걸림돌로 작용하고 있다.
이에 따라 배터리 생산기업들은 가벼우면서 에너지 밀도가 높은 LiB 개발에 주력하고 있다.
특히, 소재 박막화가 주요 해결책으로 부상하고 있다.
양극과 음극을 절연해 쇼트에 따른 이상발열을 방지하는 분리막(Separator)은 두께가 얇아지는 만큼 활물질을 늘릴 수 있으며 활물질을 부착하는 금속박도 마찬가지이다.
이에 따라 배터리 생산기업들은 안전성, 내구성과 밸런스를 유지하며 구성소재를 박막화하는 연구개발에 힘을 기울이고 있다.
또 신소재를 이용해 활물질 충진 밀도를 향상시키는 움직임도 나타나고 있다.
Toda Kogyo는 Shinshu 대학과 공동으로 CNT(Carbon Nano Tube)를 활용해 LiB용 전극 형성 기술을 개발했다. CNT를 바인더로 투입함으로써 활물질 사용량이 증가해 에너지 밀도가 향상되는 것으로 알려졌다.
LiB용 전극은 금속 집전박 활물질, 도전제 등을 부착해 제조하고 있으며 금속판과 입자의 접착 목적으로 바인더를 사용하고 있다.
바인더는 절연성 수지를 채용하며 사용량이 많을수록 활물질이 줄어들기 때문에 바인더 및 도전제의 저용량화가 요구되고 있다.
Toda Kogyo와 Shinshu 대학이 개발한 기술은 바인더 소재로 CNT를 선택했다.
LiB는 신소재를 적용함으로써 부피당 에너지 밀도가 리터당 500-600Wh에서 700Wh 수준으로 향상될 것으로 예상되고 있다.
활물질 자체 개발도 이루어지고 있다.
LiB 생산기업들은 대부분 고용량 LiB용 양극재로 삼원계, 음극재로 실리콘계를 검토하고 있다.
Maxell은 독자 개발한 음극재를 활용해 드론용 LiB를 개발하고 있다.
웨어러블기기용 LiB로 공급하고 있는 실리콘 음극재를 이용한 「ULSiON」 기술을 적용함으로써 용량을 2배로 늘릴 계획이다. 내구성 등 개선해야 할 부분이 있으나 수요처 요구에 대응하기 위해 신규 배터리 개발을 가속화하고 있다.
LiB는 안전성이 중요시됨에 따라 보호 IC 등이 매우 중요한 요소로 자리 잡고 있다.
보호 IC는 과충전 및 과방전으로부터 배터리를 보호하는 장치로 SII Semi-conductor, Ricoh Electronic Devices 등이 공급하고 있다.
LiB를 탑재한 스마트폰, 태블릿PC 등에 2차 보호용으로 투입해 기기의 안전 가동에 기여하고 있다.
Lapis Semiconductor는 직렬 13셀에 대응한 LiB 감시 LSI(대규모 집적회로)를 공급하고 있다.
마이크로컴퓨터 제어가 필요하지 않은 독립형 타입이어서 배터리팩을 쉽게 개발할 수 있는 이점이 있다.
개별 셀의 과충전·과방전, 쇼트전류 및 온도 검출, 과열 방지, 강제 오프(Off) 기능 등을 내장했으며 주로 EV용으로 제안하고 있다.
전고체전지 등 신규 배터리 개발도 활발해지고 있다.
고체 전해질을 투입하는 전고체전지는 LiB와 같이 전해액을 사용하지 않아 액체가 누출될 우려가 없으며 고온에서의 용해, 폭발, 저온에서의 염류 석출 및 침전이 발생하지 않아 안전성이 매우 높은 것으로 알려지고 있다.
크기가 작고 용량이 클 뿐만 아니라 안전성이 뛰어나 로봇, 드론, 웨어러블제품부터 자동차에 이르기까지 최적의 배터리로 주목되고 있다.
그러나 겨우 개발이 완료된 상태로 장기적인 기술 보완이 필요한 것으로 판단되고 있다.
SoftBank는 타이완 ProLogium Technology의 전고체전지를 탑재한 보조배터리를 개발했으나 EV용으로는 2030년대 이후 본격 투입될 것이라는 의견이 주류를 이루고 있다.
전고체전지는 LiB 및 기타 전자기기와 마찬가지로 우선 소형으로 실용화가 완료된 후 EV에 탑재될 것으로 예상되고 있다.
TDK는 소형 SMD(표면실장부품) 기술에 따라 올 세라믹 전고체전지를 개발했으며 IoT(Internet of Things) 기기용 등으로 투입을 계획하고 있다.
GS Yuasa는 LiB 성능을 향상시킴과 동시에 전고체전지를 실용화하기 위한 연구개발을 강화하고 있다. 주로 전해질의 대기안전성 개선, 활물질과의 반응계면 안정화, 코스트 절감 등을 추진하고 있는 것으로 알려졌다.