[서울=뉴스핌] 김은빈 기자 = 1회 충전만으로 500㎞를 갈 수 있는 리튬이온전지 개발이 일본에서 활발하게 진행되고 있다고 24일 니혼게이자이신문이 보도했다. 한 번 충전에 500㎞를 주행할 수 있게 된다면 기존 가솔린 자동차 성능에 필적하게 된다.
기술 개발 중인 세키스이(積水)화학공업의 경우 조만간 500㎞ 돌파가 가능할 것으로 보이며, 아사히카세이(旭化成) 역시 기술 완성에 가까운 상태다. 모두 기존 전극을 사용할 수 있는 기술로, 2020년대 전반 실용화를 목표로 하고 있다.
신문은 "전기자동차(EV) 보급이 가속화되고 있는 가운데 주행거리가 과제로 꼽혀왔다"며 "주행거리를 대폭 늘릴 수 있다면 조만간 대체될 것으로 여겨졌던 리튬이온전지 사용이 당분간 계속될 것으로 보인다"고 전했다.
일본 경제산업성은 '1회 충전 500㎞ 주행'을 EV차 보급 조건의 하나로 꼽고 있으며, 2030년 경 달성하는 것을 목표로 삼고 있다. EV차가 급속하게 보급되고 있는 중국에선 주행거리가 150㎞를 충족하지 못하는 차종에는 보조금을 줄이고, 주행거리가 긴 차종엔 증액을 하는 정책을 펴고 있다.
이전까지 업계에선 전기차 배터리가 리튬이온전지에서 전(全)고체전지 등 차세대 전지로 바뀔 것으로 전망하고 있었다. 리튬이온전지로는 500㎞ 주행은 어렵다고 봤기 때문이다. 2010년 초반만 하더라도 전기차 리튬이온전지로는 한 번 충전에 200㎞ 정도를 주행했다.
현재 차세대 전지 개발은 전 세계에서 활발하게 진행되고 있지만 아직 기술적인 과제가 많다. 반면 리튬이온전지는 기술개발을 통해 500㎞ 돌파가 실현될 것으로 전망된다. 신문은 복수의 관련 연구자들을 인용해 "향후 10년 가까이 리튬이온전지가 계속 사용될 것"이라고 전했다.
리튬이온전지는 플러스(정)와 마이너스(음) 전극 사이를 리튬이온이 오가는 것으로 전기를 발생하거나 충전을 하는 방식이다. 용량을 늘리기 위해서는 전극에 축적된 이온을 늘리거나 내부 전기저항을 줄여서 전자를 쉽게 움직이도록 해야 한다.
세키스이 화학이 개발 중인 기술은 플러스극에 사용하는 기술로 혼합탄소재료 구조를 연구해 전기가 흐르기 쉽도록 하는 방식이다. 플러스극 가운데 전자가 통하는 길을 넓혀 종래의 10배 정도 전자가 움직이기 쉬워진다. 이미 실험에서 전지 용량도 3배정도 향상시켰다. 주행거리 역시 현재 400㎞에서 500㎞이상 수준으로 늘릴 방침이다. 2021년경 부품으로 판매할 계획이다.
아사히카세이는 마이너스극에 산화규소를 섞어 용량을 두 배 정ㄷ오 늘렸다. 탄소계 재료를 사용해 마이너스 극에 규소(실리콘)계 물질을 섞으면 리튬이온을 저장하기 쉬워져 용량이 늘어난다.
하지만 이 방식에선 일부 이온을 방출하지 않는 경우가 발생하는 등 문제가 있다. 이에 아사히카세이 측은 마이너스극에 미리 이온을 주입해 문제가 되는 부분을 움직이지 않도록 해 방출 문제를 해결했다. 수년 후 실용화를 목표로 한다.
새로운 전극 재료를 사용하는 연구도 진행되고 있다. 야부우치 나오아키(藪内直明) 요코하마(横浜)국립대 교수는 파나소닉과 공동으로 플루오린을 섞은 플러스극을 개발했다. 전극 내에서 전자의 움직임에 금속 뿐만 아니라 산소도 사용하기에 용량이 두배가 됐다.
스미토모(住友)화학은 알루미늄을 사용한 마이너스극 개발을 진행하고 있어, 용량을 기존의 2.5배로 높이는 것을 목표로 하고 있다.
현재 일본 경제산업성은 2019년도부터 리튬이온전지를 잔량없이 사용하는 것을 목표로 기술을 개발하고 있다. 발화사고 등을 막기 위해 전지는 상한보다 적은 용량으로 사용할 필요가 있다. 이에 일본에선 잔량을 정확하게 측정하는 센서 개발에 나서 사용가능량을 늘릴 방침이다. 내년도 예산에 2억5000만엔을 계상해 2023년까지 실용화를 목표로 하고 있다.
일본은 리튬이온전지에서 세계를 석권하고 있지만 2011년 이후 특허출원이 줄어들고 있는 상태다. 중국은 대학이나 기업에서 출원 수가 증가해 2015년엔 일본과 중국이 전체의 3분의 1씩을 점하는 상태다. 주행거리를 늘리기 위한 전지 용량 증가 기술 개발도 진행하고 있어 향후 중국에서의 특허 출원도 더욱 늘어날 전망이다.
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