화학뉴스

도요타(Toyota)가 도쿄공업대학, KEK(고에너지가속기연구기관)과 함께 LiB(Lithium-ion Battery)의 3배 이상의 출력 특성을 보유한 전고체 세라믹 전지를 개발했다.
전고체 세라믹 전지는 대용량이 특징인 2차전지, 고속충전 및 방전이 가능한 캐패시터의 이점을 겸비하고 있으며 몇 분 안에 풀충전을 할 수 있다. 섭씨 마이너스 30도의 저온, 100도의 고온에서도 우수한 충‧방전 특성을 유지하며 내구성도 실용 단계에 있는 것으로 알려졌다.
리튬이온 전도율이 기존의 2배인 초이온 전도체를 고체 전해질로 활용했으며 불연성 특성을 보유하고 있어 안전성이 높기 때문에 차세대 자동차 및 스마트그리드 등에 대한 응용이 기대된다.
전해액을 대신해 고체 전해질을 활용한 전고체 전지는 안전하고 대용량화‧고출력화를 기대할 수 있는 차세대 축전지로 평가되고 있다. 다만, 고체 전해질의 특성이 충분하지 않고 기존 LiB를 능가하는 성능을 발휘하는 것이 어려웠다.
연구팀은 높은 이온 전도율을 보유한 전해질 소재를 모색한 결과 최근 2개의 초이온 전도체를 발견했다.
하나는 리튬, 실리콘(Silicone), 인, 황, 염소로 구성된 전도체로 이온 전도성이 매우 높으며, 다른 하나는 리튬, 인, 황으로 구성돼 리튬 금속 부극에 대해 안정적으로 작동한다.
2개의 초이온 전도체를 전해질로 활용한 전고체 세라믹 전지는 캐패시터보다도 뛰어난 출력 특성을 보유하고 있으며 출력을 유지한 채 기존 LiB의 2배 이상의 에너지를 낼 수 있다.
온실 및 고온에서의 고전류 방전시험(1000사이클)에서도 안정된 특성을 유지하고 실용 전지에 필적하는 내구성을 보유한 것을 확인했다.
개발한 고체 전해질의 리튬 전도성이 높은 것은 초이온 전도체가 3차원 골격 구조를 지니고 골격 안에 리튬이 고리 형태로 연속해 존재하기 때문이다.
전고체 세라믹 전지는 차세대 전지로서 개발이 이루어지고 있는 나트륨 이온전지, 리튬 공기전지, 마그네슘 전지, 알루미늄 전지 등과 비교해도 뛰어난 출력과 에너지 특성을 보유하고 있는 것으로 알려졌다. (L)