4.0V의 고전압과 폭발하지 않는 안전성을 양립시킨 수성 리듐이온배터리 개발에 성공

4.0V의 고전압과 폭발하지 않는 안전성을 양립시킨 수성 리듐이온배터리 개발에 성공

에너지 밀도의 높이로부터 노트북이나 스마트폰, 전기자동차에 채용되고 있는 「리듐이온배터리」는, 유기전해액을 사용하기 위해서 발화나 폭발 사고가 끊기지 않습니다. 높은 전압을 유지하면서, 폭발하지 않는 높은 안전성을 실현하는 수성 리듐이온배터리 개발을 미국 연구자가 성공하고 있습니다. 

http://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(17)30034-X

이미 실용화되고 있는 리듐이온배터리는 유기용매의 전해액을 채용하고 있기 때문에, 열이나 변형에 의해 용매가 인화하는 것으로 발화·폭발 사고가 납니다. 거기에서, 안전성을 생각하니 니켈·수소충전지와 같은 수성의 전해액을 이용하는 것이 유리해서, 수성 리듐이온배터리도 개발되고 있습니다만, 높은 전압을 내놓을 수 없다라고 하는 결점이 있었습니다. 즉, 성능과 안전성이 트레이드오프의 관계가 있었던 것입니다.

메릴랜드 대학교와 미국 육군연구소 공동 연구 그룹은, 2015년으로 수계전해 액을 채용한 수성 리튬 이온 전지로 3.0볼트라고 하는 높은 전압을 내는 것에 성공했습니다만, 흑연 또는 리튬 금속으로 된 애노드가 수계전해 액에 의해 부식되는 「cathodic challenge(음극 도전)」이라고 불리는 현상을 일으켜버려, 실용화에 견딜 수 없는 상태이었습니다.

그러나, 같은 연구 그룹은, 애노드를 소수성의 전해질인 겔 폴리머로 덮는 것으로 수분아이를 전극표면에서 내쫓는 동시에, 충전시에 분해해서 고체전해질과 애노드를 분리하는 「interphase」라고 불리는 중간상을 만드는 것을 가능하는 코팅을 개발했습니다. 이 겔 코팅에 의해 음극 도전의 발생을 방지 할 수 있을 뿐 아니라, 적절한 중간상을 만드는 것으로 4.0볼트라고 하는 대단히 높은 전압을 얻는 것에 성공한 것. 수성 리튬 이온에 의한 안전성과, 유기전해 액을 사용한 일반적인 리튬 이온 전지에 결코 뒤지지않는 고출력을 양립한 이라고 하는 것입니다.

연구 그룹의 작성한 겔 폴리머 코팅 수성 리듐이온배터리는, 접혀 외곡 등에 의한 손상에 의해도, 그래파이트 애노드가 천천히 반응해서 발화나 폭발을 피할 수 있는 것.

미국 육군연구소 Kang Xu씨에 의하면, 수성 리튬 이온 전지의 충방전 사이클은 50∼100회정도이며, 유기전해 액 리튬 이온과 같은 500회이상을 목표로 해서 개량을 계속할 예정으로, 충분한 자금원조마저 얻을 수 있으면, 5년만으로 상업화 할 수 있을 것이라고 진술하고 있습니다.