韓国科学技術院（ＫＡＩＳＴ）は、キム・ボムジュン生命化学工学科教授チームがイ・スンウ米ジョージア工科大学教授チームとエラストマー高分子電解質を開発し、世界最高性能の全固体電池を具現したと１３日、明らかにした。
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共同研究チームは常温でのリチウム（Li）イオン伝導度が優れた、伸縮性の高いエラストマー（ゴム）型高分子電解質を開発し、これを全固体電池に適用して410Wh/kgの世界最高性能となる全固体リチウムメタル電池を実装した。この技術を導入すれば、一度の充電で800㎞まで走行可能な電気自動車の実現が可能となる見通しだ。現在は500㎞水準だ。従来の液体電解質を適用したリチウムイオン電池の安定性を大幅に向上させることが期待される。
高分子ベースの固体電解質は原料が非常に安く、低温大量生産工程、軽さの利点を有しているが、常温で低いイオン伝導度を有する問題点があり、電池充・放電時の安定性が低下する。
研究図/KAIST提供
研究チームは、伸縮性に優れたエラストマー内部にリチウムイオン伝導度が非常に高いプラスチック結晶物質を三次元的に連結したエラストマー高分子固体電解質を開発した。従来のポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）ベースの高分子電解質に比べて１００倍程度向上した１０ -3 Ｓ／ｃｍイオン伝導度を有する。また、ゴムのように伸縮性に優れた電解質は、電池充放電時の安定性に最も大きな問題となるリチウムデンドライト成長を抑制し、優れた電池性能および安定性を確保した。
開発高分子電解質は薄いリチウム金属陰極とニッケルリッチ陽極（NCM-Ni83）からなる全固体電池で4.5V以上高電圧でも安定した駆動を示し、410Wh/kg以上世界最高エネルギー密度を示した。
SKイノベーションのチェ・ギョンファン次世代バッテリーセンター長は「全固体バッテリーは電気自動車走行距離と安全性を画期的に増やすことができる」とし、「全固体バッテリーの商用化の可否は電気自動車市場の販路を決める重要な課題で、キム・ボムジュン・イ・スンウ教授研究チームが開発したエラストマー電解質は、既存の高分子系固体電解質の限界を解決した画期的な結果だ」と述べた。
二次電池分野の権威であるカン・ギソク＝ソウル大学教授は「全固体二次電池に対する世界的な開発競争が激しい中、既存の固体電解質と差別されるエラストマーベースの新規固体電解質開発は、この分野の発展に新たな可能性を提示するだろう」と言った。
キム・ボムジュン教授は「今回の研究を通じて、未来のバッテリーと呼ばれる世界最高性能の全固体電池を開発しただけでなく、エラストマー電解質という既存とは全く異なる新しい種類の固体電解質を開発し、素材源技術を確保したということに大きな意義がある。 」と明らかにした。イ・スンウ教授は「今回の研究を通じて開発したエラストマー電解質は、既存の固体電解質が持つ問題点を画期的に改善し、製造工程が非常に簡単で、全固体電池電解質のゲームチェンジャーになると期待する」と明らかにした。
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