토요타, 1회 충전으로 1,200km 달릴 수 있는 '전고체불소이온배터리' 기술 개발

전고체불화이온배터리(사진 출처:일본경제신문)

토요타자동차가 새로운 전고체불소이온 배터리 기술 개발에 성공했다.  토요타자동차는 전기차에 획기적인 국면 전환을 가져올 것으로 기대되는 전고체 배터리를 오는 2027∼2028년 양산한다는 계획이다.

일본경제신문 보도에 따르면 토요타자동차는 최근 일본 교토 대학과 기타 연구기관과 함께 ‘전고체불소이온 배터리’의 음극 부피 당 용량을 리튬 이온 배터리의 약 3 배까지 향상시키는데 성공했다고 밝혔다.

토요타, 교토 대학, 효고 대학, 도호쿠 대학, 도쿄 이과 대학 공동 연구팀의 이번 연구결과는 미국 화학 학회지 ‘Journal of the American Chemical Society’에 게재됐다.

연구팀은 “일반적으로 배터리는 양극과 음극 사이를 오가는 이온에 의해 충전 및 방전이 되는데 많은 수의 이온과 반응, 전자를 추출하는 전극은 정전용량(Capacitance)이 더 높다. 기존 리튬이온 배터리의 전극은 기본적으로 원자 당 하나의 전자만 추출할 수 있다. 이는 배터리에 통합되면 체적 에너지 밀도는 리튬 이온 배터리의 두 배 이상이 될 것으로 예상된다”고 밝혔다.

이번에 발표한 양극재인 질화구리는 주로 질소로, 불소 이온과 반응해 질소 원자당 3개의 전자를 추출할 수 있고 따라서 부피당 용량은 리튬 이온 배터리의 3배, 무게당 용량은 2배 가량 높다. 또, 수십 번의 충방전을 견딜 수 있을 만큼 내구성이 강하다고 연구팀은 설명했다.

교토 대학의 우치모토 요시하루 교수는 “질소와 같은 음이온을 사용하여 반응하는 배터리는 매우 드물며, 이는 과학으로서도 매우 흥미롭다”고 말했다.

현재 주요 전고체 배터리 개발업체들과 연구팀은 전고체 리튬 이온 배터리라는 리튬 이온 배터리의 성능을 향상시키는 배터리를 적극적으로 개발하고 있다.

삼성SDI. 토요타 등 일부업체는 2027년 상용화를 목표로 프로토타입 생산에 착수했으나 대량생산 및 생산단가를 낮추는데 어려움을 겪고 있다.

이번에 토요타 등이 발표한 새로운 전극은 차세대 전고체 불소 이온 배터리에도 적합하며, 전고체 불소 이온 배터리 개발은 양극 외에 음극과 고체 전해질이 필요하기 때문에 연구팀은 별도로 이 부문 개발도 진행할 예정이다.

또, 해당 배터리를 적용하면 전기차의 주행거리가 현행 600km에서 1,200km 안팎으로 늘어날 가능성도 있다고 연구팀은 밝혔다.

연구팀은 전고체불소이온배터리의 상용화는 2035년에 실용화하는 것을 목표로 하고 있다.

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