3V급 리튬이온전지 개발
리튬전지에 있어서 양극활물질로 사용되는 리튬니켈망간산화물(Li[Ni1/2Mn3/2]O4)은 스피넬구 조를 기초로 하며 4.75 V라는 높은 동작전압과 135 mAh/g의 비교적 양호한 가역용량을 지니는 재료로 알려져 있다. 차세대 음극활물질인 리튬티타늄산화물(Li[Li1/3Ti5/3]O4) 역시 리튬의 탈⋅
삽입시 격자상수가 변하지 않는 특별한 성능으로 인해 충⋅방전횟수에 제한이 없는 물질로 알려 지고 있다. 일본 Sanyo 전기의 연구팀은 오사카 시립대와 공동으로 리튬니켈망간산화물과 리튬티 타늄산화물을 각각 양극과 음극으로 사용하여 기존 망간산화물계(MnO2) 1차 전지와 동일, 혹은 Ni-MH전지에 비해 2배 이상 전압이 높은 3 V급 전지 개발에 성공하여 이에 대한 결과를 지난 6월 중국 천진에서 개최된 국제리튬전지회의(International Meeting on Lithium Batteries)에서 발 표하였다. 이들이 사용한 양극활물질인 리튬니켈망간산화물은 SEM관찰결과 (111)면을 갖는 매 끄러운 8면체의 결정구조를 잘 갖는 것으로 밝혀졌으며 실제 전지의 충⋅방전 테스트 결과 상온 에서 3.33 mA/cm2의 전류밀도하에서 2,000회 이상 충⋅방전 후에도 초기용량의 90% 이상을 유 지하는 것으로 나타났다. 이때 양극과 음극은 리튬니켈망간산화물과 리튬티타늄산화물을 각각 85 wt%, 도전제인 acetylene black이 6 wt%, 바인더로서 PVDF를 6 wt% 첨가하여 제조하였으며, 사용된 전해액은 EC/DMC용매에 용해된 1 M LiPF6를 사용하였다. 이들이 개발한 3 V급 리튬이 온전지는 충⋅방전횟수가 기존 전지에 비해 월등히 양호한 결과로서 향후 3 V~12 V급 “무연”
축전지로의 그 응용분야를 기대해 본다.
출처 : IMLB 2008 Abstract #54 남 상 철 ((주)누리셀)
美 Superlattice Power사 전기자동차용 고용량 리튬전지 개발
최근 들어 전세계적으로 가장 화두가 되고 있는 기사는 단연 고유가를 들 수 있다. 1년 사이에 2배 이상 치솟은 유가는 세계 각국의 에너지 절감 정책을 가속화 하는 기폭제가 되고 있다. 이러 한 관점에서 최근 개발된 전기자동차용 고용량 리튬전지 개발이 전세계적으로 주목을 받고 있다.
미국 North Carolina주에 위치한 Superlattice Power사는 이번에 새롭게 개발한 양극활물질이 리 튬이온고분자전지에 사용되어질 경우 작동전압과 에너지밀도를 크게 증가시킬 것이라고 발표하 였다. Superlattice Power사의 한 관계자는 이들이 개발한 리튬이온고분자전지가 전기자동차를 200마일 이상 달리게 할 수 있다고 보고하였다. 이러한 수치는 현재의 120∼140마일을 달리게 할 수 있는 것에 비해 최대 60% 이상 성능이 개선된 것이다. 이들이 사용한 양극활물질은 망간, 코 발트, 니켈과 티타늄으로부터 제조한 것으로서 초격자(superlattice) 결정구조를 가지고 있는 것이 가장 큰 특징이라고 할 수 있다. 초격자란 복합산화물에 있어 어느 특정한 결정구조를 일컫는 말
신 기 술 소 개
64 공업화학 전망, 제11권 제4호, 2008
로서, 이상적으로 이러한 결정구조는 넓은 전압유지구간과 높은 용량을 나타낼 수 있으며 인체에 무해하고 폐기가 용이하다. Superlattice Power사의 양극활물질은 어느 정도 규모로 제조되고 있 는 것으로 알려지고 있는데, 전기자동차뿐만 아니라 무정전 전원 공급장치(Uninterrupted Power Supply)와 같은 대용량 전지에 맞는 공정조건들을 최적화시키는데 주력하고 있는 것으로 알려지 고 있다. 전지분야에 있어 세계적인 석학인 MIT의 Donald Sadoway 교수는 최근 Superlattice Power사의 개발에 대해 현재의 수준이 어느 정도까지 도달했는지 정확히 알기는 매우 힘들지만, 무엇보다 가장 중요한 점은 개발된 복합산화물이 리튬과의 탈⋅삽입과정을 거치면서 다른 결정 구조로 변이되지 않고 가역성을 유지하는 것이라고 분석하고 있다. 만일 이 회사의 개발결과가 충⋅방전과정을 거치면서 재료의 원자배열을 변화시키지 않아 에너지밀도를 지속적으로 유지시 킬 수만 있다면 이는 이 분야에 있어 매우 큰 업적이라고 볼 수 있다는 것이다. 또한 Sadoway 교수는 Superlattice Power사는 현재 전기자동차에 사용되고 있는 값싼 재료에 경쟁할 수 있는 가격구조로 양산 가능함을 증명해 주어야 한다고 덧붙이고 있다. Superlattice Power사의 연구 개발을 맡고 있는 Surajit Sengupta 박사는 환경 친화적이며 안전하고 가격이 저렴하면서도 성 능이 매우 우수한 차세대 리튬이온고분자전지를 개발하는 것이 이 회사의 최종 목표라고 설명 하고 있다.
출처 : www.thedailygreen.com 남 상 철 ((주)누리셀)
Dupont사 SFC사와 공동으로 휴대용 연료전지 장치 개발
지난 6월 미국 Dupont사와 독일 Smart Fuel Cell사(SFC)는 공동으로 Dupont사의 직접 메탄올 연료전지기술(DMFC)과 SFC사의 연료전지시스템을 결합한 M-25 휴대용 연료전지를 개발하여 처음으로 미 육군에 납품하였음을 발표하였다. Dupont사의 부사장인 Cindy Green은 이번에 개발 된 연료전지기술은 군인들로 하여금 가벼운 휴대형 전원공급장치를 휴대하게 함으로써 이동성에 있어 일대 변혁을 일으킬 수 있다고 설명하고 있다. 실제 군인들이 작전을 수행할 경우 M-25는 기존의 전원 공급 장치보다 80% 이상 가벼우며 디지털 통신장치와 항법장치와 같은 군용기기에 전원을 공급할 수 있으며, 또한 소음없이 연속적인 전원을 공급할 수 있다. 미 육군의 Richard Hansen대령은 M-25 휴대형 연료전지의 도입은 작전시간을 72시간 혹은 그 이상으로 연장할 수 있는 획기적인 시스템일뿐만 아니라 이동성이 매우 좋다는데 있어 극찬을 아끼고 있지 않다. 이 번에 개발된 M-25 휴대형 연료전지는 미 국방부의 획득프로그램(DACP)의 일부로서, 혁신적이 며 원가를 절감하는 기술, 제품 혹은 공정을 도입하는데 주 목적이 있다. Dupont사와 SFC사는 지난 2005년 11월에 이 프로그램에 선정되어 기술개발을 진행해 왔으며 Dupont사는 SFC사의 지 분 일부를 보유하고 있다. SFC사의 CEO인 peter podesser 박사는 두 회사간의 긴밀한 협력이 미 육군의 까다로운 성능검증시험을 통과하는데 큰 역할을 했음을 밝혔다.
출처 : www.efoy.de
남 상 철 ((주)누리셀)
KIC News, Volume 11, No. 4, 2008 65
나노 적층필름 기술로 혁신적인 광배선 필름 제조 프로세스 개발
토레이(www.toray.co.jp)는 나노 수준으로 폴리머를 정밀하게 적층하여 필름을 제막하는 기술 을 구사하여 광전송 시스템용 광배선 필름을 일거에 형성하는 기본기술을 확립했다. 종래의 폴리 머계 광배선의 제조 프로세스에 비해 저비용의 기술로서 기대된다.
현재, PC나 서버를 비롯한 디지털 기기 및 자동차 등 기기 간이나 기기 내, 보드 간의 정보전 송에 있어 전송 용량이 확대되고 있는데 이 대용량화에 부응할 수 있는 새로운 정보전달 수단으 로서 ｢광전송 시스템｣의 실용화가 검토되고 있으며, 그 주력소재로 유연성 및 가공 적합성 때문 에 폴리머계 광배선이 주목받고 있다. 지금까지 폴리머계 광배선의 제조 기술로 신호를 전하는 코어와 그것을 감싸는 클래드 및 피복 재료를 순차로 형성하는 방법이 개발되었지만, 공정수가 많고 재료도 고가여서 비용이 문제가 되었다.
이번 개발에서는 기존의 광학 폴리머를 채용한 용융 압출 프로세스를 기초로 하여 토레이 독 자의 나노 적층기술을 구사하여 다수의 코어를 동시에 고정밀도로 배치하는데 성공했다. 기존 기 술에 비하여 공정수를 줄일 수 있으며, 장척화(長尺化) 및 대면적 설계에도 대응할 수 있을 것으 로 기대된다. 또한, 정밀하게 제어된 코어 형상과 계면구조를 형성할 수 있어 저손실화를 실현하 는 등 성능도 향상되었다. 제조된 필름은 자동차, 건재, 액정 디스플레이의 백라이트 등의 조명이 나 라이트 가이드로서의 활용도 가능할 것으로 기대된다.
Figure 1. 개발된 광배선 필름(시작품)
출처 : TORAY 2008.06.16 (www.toray.co.jp) 소 대 섭 (KISTI)
66 공업화학 전망, 제11권 제4호, 2008
세계 최초로 실리콘 기판상에 그라핀 박막 제작
도호쿠(東北) 대학의 스에미츠 마키(末光眞希) 교수 등은 세계 최초로 실리콘 기판 위에 그라 핀 박막을 제작하는데 성공했다.
그라핀은 탄소원자가 벌집과 같은 그물망 모양으로 배열된 2차원 시트이다. 그 속에서는 전자 가 무게가 없는 입자와 같이 행동하기 때문에 트랜지스터나 초대규모 집적 회로를 구성하는 반 도체 디바이스 재료의 주류격인 실리콘 결정보다 한 자리 이상 높은 전자수송 특성을 보인다. 그 라핀이 갖는 이러한 뛰어난 특성은 이전(2004년)부터 알려졌지만 지금까지는 실리콘 기판 위에 그라핀 박막을 형성하는 방법 없어 그라파이트(흑연) 결정으로부터 그라핀 박막을 점착테이프로 1장씩 떼어 실리콘 기판 위에 전사(轉寫)하는 원시적인 방법밖에 없었다. 금번 실제 반도체 집적 가공 프로세스에 이용할 수 있는 결정 성장 기술로 그라핀 형성을 실리콘 기판 상에서 성공한 것은 꿈의 그라핀 재료를 대규모 집적 회로에 적용하는 길을 열었다는 의미에서 획기 적인 성과다.
본 연구는 JST의 ‘전략적 창조연구 추진사업(CREST)’의 연구 성과이며, 2008년 6월 30일에 더블린에서 개최되는 제14회 고체박막표면 국제회의에서 발표되었다.
Figure 2. 그라핀의 구조
출처 : JST 2008.06.24 (http://www.js.go.jp) 소 대 섭 (KISTI)
