도시바(Toshiba)가 신개념 배터리 기술을 개발하고 있다.
도시바는 최근 전해액에 저렴하면서 불연성인 수용액을 사용한 수계 LiB(리튬이온전지)를 개발하는데 성공한 것으로 알려졌다.
인프라 분야에서 사용하는 정치용 축전지는 장기운용성, 고신뢰성 뿐만 아니라 높은 수준의 안전성이 요구되고 있다.
도시바는 잘 타지 않는 LTO(티탄산리튬) 음극을 사용한 LiB를 SCiB 브랜드로 공급하고 있으며 외부 요인으로 화재가 발생했을 때 안전성을 향상시키기 위해 일반적인 유기용매 전해액을 불연성 수용액으로 대체한 수계 LiB 개발도 진행하고 있다.
물은 이론상 1.3볼트에서 전기분해되고 배터리 전압이 2볼트를 넘으면 주로 음극 쪽으로 분해가 진행돼 수소가스가 발생하는 한계가 있기 때문에 사실상 작동이 불가능했으나 음극에 프로톤(H+)이 공급되면 물이 전기분해되는 점에 주목하고 대책을 연구해왔다.
다양한 소재를 검토해 산화물계 고체 전해질을 분리막으로 사용하면 프로톤 이동은 물론 수소가스 발생을 억제할 수 있다는 결과를 도출했다.
소형 시험 셀은 SCiB와 동일한 전압 2.4-2.5볼트에서 가역적으로 작동했고 섭씨 25도 환경 아래 2000사이클 이상 장수명 특성을 나타내는 것을 확인했다.
또 전해액은 무기염을 녹인 수용액이기 때문에 응고점이 낮아 저온에서도 얼지 않고 동작이 가능하다.
현재의 유기 전해액을 사용한 LiB로 MW급 정치용 축전 시스템을 가동할 때에는 소방법상 설치에 제약이 많으나 불연성 수계 LiB는 제약이 없기 때문에 설치 장소를 자유롭게 고를 수 있을 것으로 기대된다.
동일 기술을 SCiB에 적용해 저코스트에 장수명 특성을 가진 축전 시스템을 개발할 계획이다.
고체 전해질을 겔 폴리머로 감싼 하이브리드 고체전지도 개발하고 있다.
고체 전해질은 계면 형성이 어렵고 이온 전도도가 낮아 체적변화가 큰 고용량 소재에 사용하기 어려운 것이 단점으로, 특히 황화물계는 물과 반응하면 유해한 황화수소를 발생시키기 때문에 실용화에 시간이 걸릴 것으로 판단되고 있다.
그러나 도시바가 개발하고 있는 하이브리드 고체전지는 안전한 산화물계 고체 전해질(LLZ) 표면을 이온 전도성 겔 폴리머로 감쌈으로써 고체 전해질의 약점인 계면저항을 크게 낮춘 것이 강점이다.
양극에 LFP(인산철리튬), 음극에 LTO를 사용해 바이폴라 구조의 라미네이트형 셀을 시험 제작했고 안정적으로 동작하는 것을 확인했으며 용도와 양산 프로세스 등을 검토할 계획이다. (K)