일본 무라타(Murata Manufacturing)가 불연성 배터리 조기 상용화를 추진한다.
가소성 유기용매를 사용하는 현행 LiB(리튬이온전지)와 달리 불연성 수용액을 이용하는 수계 LiB가 주목받고 있다.
현재 수계 LiB 상용화를 위해 이온농도를 높인 고농도 전해액을 이용해 가동 중 수분해를 억제하고 안정적으로 가동하는 방법이 시도되고 있다. 다만, 다만 고농도 전해액은 비싼 리튬이온이 대량으로 필요하며 이온전도도가 낮아지는 문제가 있다.
무라타는 양극재를 산성, 음극재를 알칼리성으로 수소이온농도를 다르게 조절한 2종류의 수용액을 양이온 교환막으로 분리한 2액형 수계 LiB를 고안했다. 개발제품은 리튬이온 사용량을 줄일 수 있으며 동시에 전해질 이온을 선택함에 따라 일반적인 수용액과 동등한 높은 이온전도도를 구현할 수 있는 것으로 알려졌다.
무라타는 2액형 수계 LiB의 성능개선을 위해 고용량화에 주력하면서 양·음극 활물질량을 늘린 후형전극과의 조합에 착수했으며 최근 1액형 수계 LiB 이상의 고용량화 가능성을 확인했다.
수산화리튬, 수산화칼륨, 황산리튬, 인산이수소칼륨(KDP) 등으로 이루어진 전해질 이온을 순수에 용해시켜 양극·음극 수계 전해액을 만들었으며 스피넬형 구조의 리튬망간산화물(LMO)을 면적밀도 평방센티미터당 50-60밀리그램으로 조정한 양극 활물질과 아나타제(Anatase) 구조의 이산화티타늄(TiO2)을 면적밀도 100-120밀그램으로 조정한 음극 활물질을 후형전극으로 사용해 2액형 수계 LiB 셀을 시험 제작했다.
리튬이온 수용액을 적용한 1액형과 정전류 방식으로 충·방전 비교 시험을 실시한 결과 2액형은 용량이 그램당 80mAh였으나 1액형은 20mAh로 나타났다.
또 2액형이 1액형 대비 리튬이온농도가 낮아 10% 이상 높은 이온전도도를 확보할 수 있음을 확인했다.
무라타는 높은 이온전도도가 후형전극에 적용했을 때도 충분한 용량을 끌어낸 원인으로 판단하고 있으며 배터리 특성을 향상시키기 위한 소재 연구를 계속할 방침이다. (윤)