전고체 전지의 전자 흡착체에 목재의 극세 섬유를 활용! 전해액을 이용하지 않고 단시간에 충전

토호쿠대학과 일본 제지는 전고체 전지의 전자 흡착체로 목재의 극세 섬유(셀룰로오스 나노 파이버=CNF)를 활용하는 것을 전기 메이커 등에 제안했다.

높은 축전 효과를 가지는 CNF의 표면에 나노미터(나노는 10억분의 1) 사이즈의 요철면을 만들어 내는 것으로 건식으로 경량의 고체 물리 축전체를 개발했다.

전해액을 이용하지 않고 단시간에 충전할 수 있어 고전압 내성과 넓은 온도 영역을 가진다.

탄소제로화를 추구하는 기업의 요구를 살피면서 2025년경의 실용화를 목표로 한다고한다.

친환경으로서 흙으로 돌려보낼 수도 있다

고체 물리 축전체는 토호쿠대학 미래 과학기술 공동 연구 센터의 후쿠하라 미키오 리서치펠로우등과 일본 제지가 개발했다.

CNF는 목재로부터 얻은 섬유(펄프)를 극한까지 미세화한 바이오매스 소재다.

이번에 평균 3나노미터경의 CNF로 높은 전자의 흡착성을 확인했다.

전기를 화학반응으로 저장하는 리튬이온전지와 달리 CNF를 사용하기 때문에 충전시간이 짧고, 400볼트까지의 전압에 견딜 수 있어서 약 200도 C의 온도에 대응할 수 있다.

축전지의 구성 재료에 희토류를 사용할 필요가 없고, CNF라면 흙으로 되돌릴 수 있는 등 환경 부하도 작다.

CNF의 표면형상을 제어해 만들어내는 나노 크기의 요철면은 지름이 작을수록 축전량을 높일 수 있다.

돌기 하나에 직접 축전할 수 있어 효율이 좋다.

설치비 절약

토호쿠대 등은 CNF 축전체를 태양광 패널의 뒤편 등에 붙이면 발전 및 축전 설비의 설치비를 절약, 낙뢰 회피등이 가능하다고 본다.

마이크로 전자 회로의 교류용 콘덴서나 노이즈 필터로의 활용도 제안하고 있다.

본 성과물은 25년의 오사카·칸사이 만국박람회에의 출전을 목표로 하며 전기 메이커등과 실용화의 길을 찾을 생각이다.

CNF는 그동안 기계와 화학, 의학 분야에 응용해 왔다.

일본 제지는 약 3나노미터의 균일한 섬유폭으로 축전체에 적절한 'TEMPO산화CNF'를 이시노마키 공장(미야기현 이시노마키시)에서 생산하며 연간 생산능력은 500톤으로 하고 있다.

이상적인 소재

토호쿠대의 후쿠하라 리서치 펠로우씨는 'CNF는 이산화탄소(CO2)나 전기도 고착화할 수 있기 때문에 순환형 사회의 이상적인 소재라고 말할 수 있다.

축전지로의 실용화에 사용량이 증가하면 CNF의 코비용은 절감된다'고 보고 있다.




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