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공업화학 전망, 제20권 제3호, 2017
NIMS, 탄소나노튜브 공기극을 통해 초 고용량 리튬 공기 전지 개발
- 리튬 이온 배터리의 15배! 전기 자동차가 가솔린차 수준의 주행 거리를 실현하는 데 공헌 -
일본 물질⋅재료연구기구(NIMS) 에너지⋅환경재료연구거점 나노재료과학환경거점 리튬공기전지특별추 진팀 쿠보 요시미(久保佳実) 팀장 등의 연구팀은, 리튬 공기 전지의 공기극 재료에 탄소나노튜브(CNT)를 채용하여 기존의 리튬 이온 배터리의 15배에 달하는 높은 축전 용량을 실현했다.
연구팀은 현실적인 셀 형태로 단위 면적당 축전 용량 30 mAh/cm
2라는 매우 높은 값을 실현했다. 이 값 은 기존의 리튬 이온 배터리(2 mAh/cm
2정도)의 15배에 해당한다. 본 성과는 공기극 재료에 탄소나노튜브 를 이용하여 공기극의 미세 구조 등을 최적화함으로써 이루어졌다. 대용량의 실현에는 탄소나노튜브의 큰 표면적과 유연한 구조가 기여하고 있는 것으로 생각된다. 또한 이러한 거대 용량이 실현은 기존의 개념으 로는 설명하기 어려워 리튬 공기 전지의 반응 메커니즘에 의문을 가질 수도 있다.
연구진은 향후 본 성과를 활용하여 실용적인 수준에서의 고용량 리튬 공기 전지 시스템을 개발하는 것을 목표로, 셀을 적층한 스택의 고 에너지 밀도화를 비롯하여 공기로부터 불순물을 제거하는 등의 연구에 임 할 계획이다.
본 연구는 JST 첨단저탄소기술개발⋅특별중점기술분야 ‘차세대 축전지(ALCA-SPRING)’ 등의 지원을 받아 이루어졌다. 본 연구 성과는 2017년 4월 5일 Scientific Reports지에 게재되었다(※발표논문참조).
※ 발표논문 : Akihiro Nomura, Kimihiko Ito, and Yoshimi Kubo, “CNT Sheet Air Electrode for the Development of Ultra-High Cell Capacity in Lithium-Air Batteries ”, Scientific Report, 05 April 2017
DOI: 10.1038/srep45596
Figure. CNT 공기극의 개념도(왼쪽)와 대용량의 방전 및 충전 특성(오른쪽).
