일본 도쿄공업대학이 세계 최고 수준의 전고체 배터리 용량을 끌어올렸다.
7월 16일 지면 뉴스에 따르면, 얼마 전 일본 도쿄공업대학의 칸노 료지 특별 교수로 구성된 연구팀이 전고체 배터리의 급속 충전 기능과 용량을 성공적으로 개선했다. 이 분석은 새로운 표준 재료를 확립하고 제조 공정을 재연구하여 실현되었다. 관련 기사는 미국 "사이언스" 잡지에 게재되었다. 전고체 배터리는 새로운 종류의 배터리이다. 다른 배터리와 달리 액체 전해질이 없고, 고체 전해질로 폴리머, 산화물 또는 황화물을 사용한다.
토요타는 최근 경제 타임즈에 따르면, 고체 배터리 기술의 획기적인 발전을 통해 전기 자동차 배터리의 크기, 가격 및 무게를 절반으로 줄이겠다는 야심을 밝혔다. 토요타의 최고 배터리 전문가인 카이타 케이지는 7월 4일, 배터리 공급의 생산 공정을 간소화하면 차세대 기술의 가격을 낮출 것이라고 말했다. "액체 및 전고체 배터리의 경우, 배터리가 너무 크고, 너무 무겁고, 너무 비싼 현재 상황을 혁신하는 것을 목표로 합니다."라고 카이타 케이지는 말했다. "가능성 측면에서, 우리는 이러한 모든 요소를 절반으로 줄이는 것을 목표로 합니다." 또한, 중국 과학기술대학교의 마청 교수는 새로운 종류의 고체 전해질을 개발했다. 포괄적인 성능은 가장 진보된 황화물 및 염화물 고체 전해질과 유사하지만, 가격은 후자의 4% 미만으로 산업화에 적합하다.
일본의 전고체 배터리가 새로운 획기적인 발전을 이루었다.
지면 뉴스에 따르면, 위에서 언급한 일본 도쿄공업대학의 연구는 고엔트로피 재료를 사용하여 높은 이온 전도성을 가진 고체 전해질을 개발하고 만들었다. 알려진 리튬 급속 이온 전도체의 조성 복잡성을 증가시킴으로써, 리튬 이온 전도성은 기존 재료의 약 2.3~3.8배로 배터리 충전 시간을 단축할 수 있다. 이는 배터리 충전 성능에 영향을 미치는 지표가 현재 표준 배터리에 비해 최대 3.8배까지 증가할 수 있음을 의미하며, 이는 현재 세계 최고 수준이다.
또한, 연구팀은 제조 공정을 개선했으며, 음극은 기존 흑연 대신 리튬 금속을 사용하여 양극의 용량을 단위 전극 면적당 현재의 1.8배로 증가시켰다. 시험 제작된 전고체 배터리는 전극 1제곱센티미터당 20밀리암페어 이상의 배터리 용량을 특징으로 하며, 이는 현재 세계에서 발표된 최고 수준이다.
현재 전력 배터리 시장에서 액체 리튬 배터리가 여전히 지배적인 위치를 차지하고 있다. 중국 과학원 학자인 쑨스강은 현재 리튬 배터리의 에너지 밀도가 이론적 한계에 근접했다고 말했다. 지난 10년 동안 액체 리튬 배터리의 에너지 밀도는 2~3배 증가했다. 액체 리튬 배터리와 비교하여, 고체 배터리는 높은 전력 밀도, 높은 안전성 및 긴 수명의 장점을 가지고 있으며, 일반적으로 시장에서 차세대 에너지 배터리 기술로 간주된다.
최근 몇 년 동안, 학계에서 고체 배터리에 대한 여러 새로운 성과가 나타났으며, 그 중 다수가 중국 과학자들이다.
"광명일보"에 따르면, 중국 과학기술대학교의 마청 교수는 새로운 형태의 고체 전해질인 리튬 지르코늄 옥시클로라이드를 개발하고 합성했다. 가격은 후자의 4% 미만으로 산업 적용에 적합하다. 이 연구는 올해 6월 27일 국제적으로 유명한 학술지 네이처 커뮤니케이션즈에 게재되었다.
고체 리튬 배터리의 산업화 과정에서 일본 기업들이 더욱 적극적이다. 올해 6월 초, 토요타는 고체 배터리의 상업화를 위한 최신 전략을 발표했다. 2027년 초, 토요타는 전고체 배터리가 장착된 전기 자동차를 출시할 예정이며, 이는 10분 이내에 약 1,200킬로미터를 주행할 수 있다.
토요타의 고체 배터리는 게임 체인저인가?
경제 관련 보도에 따르면, 토요타는 화요일(7월 4일) 고체 배터리 기술에서 획기적인 발전을 이루어 배터리의 무게, 부피 및 가격을 절반으로 줄일 수 있으며, 이는 전기 자동차의 발전에 큰 이점을 가져다줄 수 있다고 밝혔다.
세계 2위의 자동차 제조업체는 현재 2025년까지 첨단 고체 배터리를 탑재한 전기 자동차를 출시하는 전략을 추진하고 있다. 액체 배터리에 비해 고체 배터리는 더 큰 장점을 가지고 있다.
토요타 탄소 중립 R&D 센터의 카이다 케이지 사장은 다음과 같이 말했다. "액체 배터리든 고체 배터리든, 우리의 목표는 배터리가 너무 크고, 너무 무겁고, 너무 비싼 현재의 상황을 완전히 바꾸는 것입니다. 이와 관련한 잠재력 측면에서, 우리는 이러한 요소를 절반으로 줄이는 것을 목표로 할 것입니다."
하이티안은 회사가 배터리 내구성을 개선하는 방법을 개발했으며, 이제 1,200킬로미터의 주행 거리와 10분 이내의 충전 시간을 가진 고체 배터리를 만들 수 있다고 믿는다고 언급했다.
버밍엄 대학교의 경제학 교수인 데이비드 베일리는 토요타의 주장이 사실이라면, 이는 전기 자동차의 미래를 위한 획기적인 순간이 될 수 있다고 믿는다. "종종 프로토타입 단계에서 획기적인 발전이 있지만, 생산 규모를 확대하기는 어렵습니다." 그는 덧붙였다. "만약 이것이 진정한 획기적인 발전이라면, 이는 전기 자동차조차도 파괴적인 변화를 가져올 수 있습니다. 시장의 성배입니다."
경제 타임즈에 따르면, 회사는 2027년에 전기 자동차용 고체 배터리 생산을 시작할 것으로 예상한다.
이전 Meijing.com의 보고서에 따르면, 2020년 8월 초, 전고체 배터리가 장착된 토요타 전기 자동차가 면허를 취득하고 주행 실험을 시작했다. 토요타는 기자들에게 2025년 이전에 토요타의 전고체 배터리가 소규모로 대량 생산될 것이며, 먼저 하이브리드 자동차에 장착될 것이라고 밝혔다. 2030년까지 토요타의 전고체 배터리는 지속적이고 안정적인 생산을 달성할 것이다.
"개발 과정에서, 우리는 전고체 배터리의 이온이 높은 전력 출력을 달성하기 위해 배터리 내부에서 더 빠른 속도로 이동한다는 것을 알게 되었습니다. 우리는 이 기능을 하이브리드 차량에 활용하여 전고체 배터리의 이점을 활용할 수 있기를 바랍니다." 토요타는 말했다.
2021년, 토요타 자동차는 2030년까지 전력 배터리 및 배터리 공급망 개발에 1조 5천억 엔(약 881억 2천만 위안)을 투자하여 향후 10년 동안 주요 자동차 기술 분야에서 선두를 차지하고, 전기 및 하이브리드 자동차 가격 경쟁력을 유지할 것으로 예상한다고 발표했다.
7월 4일 CNR.com의 보고서에 따르면, 기자는 중국 과학기술대학교에서 중국 과학기술대학교의 마청 교수가 새로운 형태의 고체 전해질을 개발했다는 사실을 알게 되었다. 포괄적인 성능은 가장 진보된 황화물 및 염화물 고체 전해질과 유사하지만, 가격은 후자의 4% 미만으로 산업 적용에 적합하다. 6월 27일, 이 성과는 국제적으로 유명한 학술지 네이처 커뮤니케이션즈에 게재되었다.
강력한 가격 경쟁력을 갖는 동시에, 리튬 지르코늄 옥시클로라이드의 광범위한 성능은 가장 진보된 황화물 및 염화물 고체 전해질과 비교할 만하다. 실험 결과, 리튬 지르코늄 옥시클로라이드와 고니켈 삼원계 양극으로 구성된 전고체 리튬 배터리가 우수한 성능을 보였다. 12분 동안 급속 충전하는 조건에서, 배터리는 실온에서 2000회 이상 효과적으로 사이클링되었다.
연구자들에 따르면, 리튬 지르코늄 옥시클로라이드는 현재 최저 비용으로 가장 진보된 황화물 및 염화물 고체 전해질과 비교할 만한 성능을 달성할 수 있으며, 이는 전고체 리튬 배터리의 산업화에 매우 중요하다.