맥셀, FA‧인프라용 개척 본격화 … 에너지 하베스팅으로 영구전원화

전고체전지는 쌍극형(Bipolar) 개발이 기대되고 있다.
전고체전지는 고체 전해질을 사용해 증류 혹은 동결 우려가 없기 때문에 극도의 고온 혹은 저온 환경에서도 사용이 가능하고 열화 요인이 LiB(리튬이온전지)보다 적은 특징이 있다.
현재 주류를 이루고 있는 LiB는 전고체전지보다 수명이 짧고 사용온도 범위가 좁으며 분리막(LiBS)이 필수적이어서 리튬이온 이동이 제한적이라는 단점이 있으나 전고체전지는 분리막이 필요하지 않아 리튬이온 수가 전해액의 40배에 달하는 것으로 알려졌다.
저장 특성과 사이클 특성 등도 우수해 수명 예측이 용이하며, 특히 맥셀(Maxell)이 개발한 전고체전지는 섭씨 100도 이상 고온에서 10년 이상 사용이 가능하고 25-40도 환경을 시뮬레이션한 결과에서는 1000년까지 사용할 수 있을 것으로 파악되고 있다.
맥셀은 교토(Kyoto) 사업장에서 전고체전지 양산을 본격화해 2030년까지 매출액 300억엔을 달성할 계획이며, 양산 첫해인 2023년에는 세라믹 패키지형으로 공장 자동화(FA)와 인프라용부터 개척할 방침이다.
산업용 로봇은 현재 사용온도 범위가 60-85도로 좁은 1차전지를 백업용 배터리로 사용하기 때문에 온도가 높은 로봇핸드 근처에 직접 닿지 않도록 하네스를 사용해야 하는 불편이 있다.
반면, 105도에서 10년 버티는 전고체전지는 로봇핸드 근처에 설치 가능하고 하네스도 필요 없어 배터리, 서보모터, 인코더 일체화에 따른 유지보수 빈도 감축 및 생산성 향상 효과가 있을 것으로 기대된다.
중장기적으로는 급속 충‧방전에 견딜 수 있는 쌍극형 신제품을 개발함으로써 공장 자동화와 인프라 분야에서 전고체전지 점유율을 높일 수 있을 것으로 기대하고 있다.
기존 세라믹 패키지형 전고체전지는 여러 개 배터리를 외부에서 접속해야 하는 구조이지만 쌍극형은 배터리 내부에서 발전소자를 접속할 수 있는 것이 특징이다.
쌍극형은 집전체를 사이로 양극, 음극이 존재하는 구조로 적층할 때 배터리 내부에 직렬구조가 형성된다.
LiB는 전해액이 모든 전극과 연결될 때 전극반응이 집중적으로 일어나 액이 연결되지 않도록 막아야 했으나 전고체전지는 전해액이 없어 구조나 프로세스 변경 없이도 쌍극형 구조를 취할 수 있다.
또 쌍극형 전고체전지는 5V 고전압 사양에 동전형 전고체전지보다 방전출력이 5배 우수하며 급속 충‧방전에 내성이 충분하고 영하 60도-영상 125도 환경에서 사용할 수 있거나 기판 실장에 용이하다는 강점을 갖추고 있어 상용화한다면 전고체전지 용도 확장의 기폭제가 될 것으로 기대된다.
맥셀은 산업용 로봇과 같이 1차전지를 사용하는 분야에서 2차전지인 전고체전지를 사용한다면 배터리 교환 빈도 감축만으로 사실상 영구전원이 된다고 보고 있다.
나아가 더욱 궁극적인 영구전원으로 발전시키기 위해 온도 차이나 바람의 움직임, 광량 등 소량의 에너지를 활용하는 에너지 하베스팅을 영속적인 충전방법으로 주목하고 있다.
이미 태양전지를 사용한 키트는 시험제작에 성공한 상태이며 검사 코스트 등을 감축함으로써 화학 플랜트를 포함한 대형 건축물의 유지보수 용도 개척이 가능할 것으로 판단하고 있다.
체내에 주입하는 의료기기에 적용해도 배터리 교환 빈도 개선에 따라 환자 신체에 가해지는 부담을 경감할 수 있을 것으로 기대하고 있다. (K)