에너지 밀도의 높이로, 노트북이나 스마트폰, 전기 자동차에 사용되는 "리튬 이온 배터리"는 유기 전해액을 사용하기 때문에 화재나 폭발 사고가 끊이지 않고 있다. 높은 전압을 유지하면서도 폭발하지 않고 높은 안전성을 실현한, 수성 리튬 이온 배터리 개발에 미국의 연구자가 성공했다고 한다.
이미 실용화되고 있는 리튬 이온 전지는, 유기 용매 전해액을 이용하고 있기 때문에, 열이나 변형에 의해 용매가 인화하여 화재, 폭발 사고가 발생한다. 그래서 안전을 생각하면 니켈 수소 충전지와 같은 수성 전해액을 사용하는 것이 유리하며, 수성 리튬 이온 배터리도 개발되어 있지만, 높은 전압을 낼 수 없다는 단점이 있었다.
즉, 성능과 안전성이 트레이드 오프의 관계에 있었다는 것이다.
메린랜드 대학과 미국 육군 연구소의 공동 연구팀은, 2015년에 수계 전해액을 이용 한 수성 리튬 이온 배터리로 3.0볼트의 높은 전압을 내는 데 성공했지만, 흑연 또는 리튬 금속으로 된 양극(애노드)이 수계 전해액에 의해 부식되는 "cathodic challenge(음극 도전)"이라는 현상을 일으켜 실용화에는 이르지 못했었다.
그러나 연구팀은, 양극을 소수성 전해질 젤 폴리머로 덮는것으로 물 분자를 전극 표면으로부터 분리하는 동시에 충전시 분해하여 고체 전해질과 양극을 분리하는 "interphase"라는 중간 단계를 만들 수 있는 코팅을 개발했다.
이 겔 코팅에 의해 음극 도전의 발생을 방지 할뿐만 아니라, 적절한 중간 상을 만들기 위한 4.0볼트라는 매우 높은 전압을 얻는데 성공했다는 것. 수성 리튬 이온에 의한 안전성과 유기 전해액을 사용한 일반적인 리튬 이온 배터리에 뒤지지 않는 높은 출력을 양립했다는 것이다.
연구 그룹이 작성한 겔 폴리머 코팅 수성 리튬 이온 배터리는, 부러져 굽힘 등에 의한 손상에 의해서도 흑연 양극이 천천히 반응하여 화재나 폭발을 피할 수 있다는 것.
via bbc
미국 육군 연구소에 따르면, 수성 리튬 이온 전지의 충 방전 사이클은 50~100회 정도이며, 유기 전해액 리튬 이온과 같은 500회 이상을 목표로 개량을 계속할 예정이며, 충분한 자금만 얻을 수 있다면 5년이내에 상용화 할 것이라고 말하고 있다.