[해외동향] 축전지 종류, 특징과 그 용도

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[해외동향] 축전지 종류, 특징과 그 용도

2005년 3월 31일 (목) 12:09:00 | 지면 발행 ( 2005년 2월호 - 전체 보기 )

지금까지 축전지라고 하면 자동차용 배터리로 대표되는 납축전지나 빌딩의 비상용 전원, 통신용, 조작용 등에 사용되고 있는 산업용 납축전지 및 알칼리 축전지가 주류였다. 그러나 최근 휴대전화용 소형전지로 대표되는 니켈수소전지나, 리튬이온전지가 확대되어 사용되고, 실용적인 이차전지의 종류도 넓어지고 있어, 각각의 특징을 살린 용도로 급격하게 확대되고 있다.최근 각광받는 축전지의 종류와 그 특징1. 축전지의 종류와 그 특징<그림1>은 각종 전지의 종류를 계통적으로 나타난 계통표이고, <그림2>는 그것을 전지의 수로서 전지 계통의 줄기와 가지로 나타내고, 그 가지에 맺힌 과실로서 전지의 종류를 나타낸다. 그 중에서 최근 주목받는 이차전지 중 중요한 역할을 차지하는 축전지에 관해 구성 및 특징의 대비를 표로 나타냈다.

또 <그림3>은 그 중에서도 대표적인 납축전지, 알칼리(니켈·카드뮴) 축전지, 니켈·수소전지, 및 리튬이온전지에 관해서 에너지 밀도의 대비를 표시했다. <그림3>에서 밝힌 납축전지를 기준으로 해서 세로축에 표시한 용적량의 에너지의 밀도(WH/L)에서는 니켈·수소는 약 2배, 리튬이온전지에서는 약 3배 높아지는 것으로 알려졌고, 가로축에서는 질량당 에너지 밀도(WH/kg)에서는, 니켈·수소전지 및 리튬이온전지는 납축전지에 대비해 용적량 에너지 밀도의 경우도 같게끔 에너지 밀도를 나타내는 것으로 표시되는 것을 알 수 있다.다만, 니켈·수소전지 및 리튬이온전지는 각각으로 사용된 구성 재료비 등의 면에서 경제성(円/WH)에서 평가하고, 반대로 니켈·수소전지에서는 납축전지의 3∼5배, 리튬이온전지에 있어서는 실제로 약 10배에 가까운 높은 비용 레벨을 보였기 때문에 각각의 특징을 살린 용도로 사용되고 있는 것으로 소위 분야를 나눠서 발전되고 있는 것으로 생각된다.2. 각종축전지의 생산 상황의 추이<그림4>는 전지공업회에서 각종 축전지의 생산 셀 수와 판매금액의 추리를 표시했다. 특별히 리튬이온전지의 상승이 현저하고, 그 배경에는 휴대 전화용의 약진을 볼 수 있다. 당분간은 이 경향은 계속될 것으로 생각된다.각종 축전지의 최근 실용화 용도 소개1. 납축전지 신규용도로의 실용화납축전지에서의 최근 특징적인 용도로서 디젤엔진버스의 매연 삭감책으로 전지파워 어시스트 시스템을 채용한 HIMR 버스의 개발이다. 이것은 <그림5>에 표시된 65Ah, 12V의 부극흡수식 실(Seal) 납축전지를 25개, 세트전지로서 <그림6>에 나타난 것처럼 디젤엔진버스의 하부, 중앙부에 탑재하고 있다.이 HIMR 버스는 주행 기동 시나 비탈길을 오를 때, 개조전지에서 파워어시스트 받고, 비탈길을 내려갈 때, 또는 버스 주행 시 브레이크를 제어할 때 발생하는 회생전력으로 축전지의 충전으로 거의 방열 전 밸런스를 유지하게 돼, 야간이나 정지 시에 일부 보충하는 전기로 통상적인 축전지의 상태를 보호하는 시스템이다. 이 축전지에서의 파워어시스트에 의해 디젤엔진에서의 발전가스를 중요시하는 복합방식의 버스이다.이 HIMR 버스는 현재, 이미 도쿄에서 시작해, 전국의 주요대도시 및 매연의 환경을 중요시하는 국립공원 등지에서 약 100대가 실용화되고 있다. 이 용도의 축전지의 실용화 수명은 약 3년으로 기대된다.

또 최근 NTT나 새로운 통신회사의 전화국에서의 직류전원으로서 보수점검을 중요시하는 실(Seal) 납축전지로 전환하여 무인체계로 바뀌고 있다. 이 용도에서 적당한 축전지로서 공장에서 500Ah, 혹은 1000Ah용량의 실(Seal) 단위전지, 6개를 유닛 금속틀에 수납해 <그림7>에 표시한 유닛전지의 상태로 각각의 전원용량에 대한 유닛전지를 필요 수, 현지에서 반송하고, 현지에 걸려 가로상태에서 탑재고정하고, 배선하는 것으로 간단히 조전지가 설치할 수 있는 방식이다.이 1000AH, 48V, 가로로 설치된 조전지의 설치상황을 <그림8>에 표시한다.이 조전지의 실용상태에서의 기대수명은 25℃ 에서 12년 이상이다. 이러한 유저들의 새로운 요구에 응할 수 있는 대용량의 seal납축전지의 유닛 전지화는 이것부터의 액식납축전지에서는 곤란하다. 설치공간이 작은공간화도 설치 자유도에 응해서 한층 설치공사의 간소화에도 크게 기여한 것으로 평가되고 있다.

2. 니켈·수소전지의 실용화니켈·수소전지에서 최근 화제가 된 신규용도로서는 하이브리드 차로서 도요타 ‘프리우스’에서의 채용예이다.이것은 <그림9>에 표시한 것과 같이 종래의 엔진차에 병렬로 <그림10>에 표시한 단일서비스의 6.5Ah 니켈·수소전지 240셀에서 되는 288V조전지의 채용하는 것에서, 저속주행 시에 매연발생을 제어해, 고속운전 주행 시에는 종래의 엔진주행으로 전환하는 것이 미래 회생제동 시에는 전지에 충전되는 것이다.현재, 시장에서는 이미 수 10만대가 주행하고 있고, 앞으로도 점차 확대되는 분위기로 보이고, 가솔린 소비량을 제어하는 효과와 도시주행 시에 매연을 매우 제어하는 효과가 기대할 수 있는 것부터 지구온난화방지책의 큰 역할을 할 것으로 기대된다.3. 리튬이온전지의 실용화예리튬이온전지에서의 실용화에로서의 가장 가까운 것으로 휴대전화용 전지로서의 활용이 있고, 요즘 다시 전조의 알루미늄화 등에 의한 소형, 경량화 방향으로 개량이 진행되고 있다.이 휴대전화용을 포함해 포터블 기구용 리튬이차전지로서의 원통형 및 각형전지의 규격화가 진행되고 있고 가까운 기간에 JIS 규격화가 될 예정이다. 더구나 이 전지는 앞에서 서술한 바와 같이 그 고성능 에너지 밀도를 갖는 전지라는 점에서 실용화의 방향성은 실로 다양하다.앞에서 서술한 하이브리드차에서의 적용으로서 일본산 ‘테노’에서는 망간계 리튬이온전지가 채용되고 있다. 더구나 종래의 고성능전지로 대표되는 산화은전지가 채용되고 있던 우주개발 로켓트의 엔진제어용, 가령 심해부수정의 동력전원으로서 영역까지 그 활용이 검사되고 있다.앞으로의 전망1. 납축전지의 앞으로의 용도예납축전지는 지금까지 각 용도에서의 요구에 대해, 적응성을 발휘해오고 있는 것부터 점차 앞으로 증가해 나갈 것으로 예상된다.현재, 자동차용도에서는 전원의 고전압화가 검사되고 있고, 그 예로서 20Ah, 36V 실(Seal)납축전에서의 적응이 고려되고 있다. 이 경우, 셀 수가 종래의 3배로 증가하는 것부터 시작해서 제조품질의 불량이 적지 않아 실사용에서의 상태검지기술이 요구된다. 또, 현재 정부의 경기회복정책의 주로서 힘이 투입되는 것으로 IT(Information Technology 정보통신기술) 혁명으로서 통신업계에의 대폭 예산투입이 기대되고 있다.이 분야에서의 구체적인 개발항목의 하나로서 각 가정에서 광섬유에 의한 네트워크에 있어쌍방향 인텔리전트 통신망 연결하려고 하는 것으로 광섬유케이블의 각 가정에서의 분기점에서는 변환장치 설치가 예정되고 있다.이 변환장치에서는 3Ah, 12V정도의 소형 실(Seal)납축전지 채용이 예정되고 있고 물론 그 용도에서는 일본 북쪽은 홋카이도에서 남쪽은 오키나와까지의 각각의 여름, 겨울의 기온변화에 대응한 기능이 필요한 것으로 요구 환경온도는 15∼＋60℃ 까지도 견딜 것을 요구되고 있다. 이 조건에서의 실용수명은 3년 이상이고 납축전지에서의 여기까지 이상의 신속성에 대응한 기술혁신이 요구되고 있다. 이것의 요구조건의 극복이 실현되는 납축전지의 새로운 시장이 열리고 있고, 레벨이 높아져 가고 있다.2. 니켈·수은전지의 앞으로의 전개이 전지의 장래적인 전개는 현재의 니카도전지로 전환되는 시장이 기대된다. 때문에 대용량에서의 적응기중 확대와 저비용화에서의 과제가 달성된다면 다시 그 시장은 열릴 것으로 예상된다.3. 리튬이온전지이 전지의 과제는 무엇보다도 저비용화이다. 먼저 앞에서도 언급했듯이, 코발트산 리튬으로 전환해 망간산 리튬이나 니켈산 리튬으로의 교체가 평행하게 검사되고 있다. 리튬이온전지에서의 과제는 이 저비용화와 또 하나 과제는 대용량화이다.이 과제에서의 도전에서 전기자동차용 90Ah 급이 발표되고 있고, 심해부수층 등에 특수용도에서는 200Ah, 400Ah 급의 대용량전지가 이미 검사되고 있고, 그 기술개발과제는 멀지 않았다고 전해진다.마치며최근의 각종축전지의 동향에 관해 한 단면을 소개했다. 각각의 각종 축전지의 특징을 살린 용도에서 각각의 용도에서 요구되는 과제에 적응할 수 있는 축전지가 살아남게 되고, 자연에서 각 전지의 세분화가 진행되고 있다고 생각된다. 이것은 적응성을 좌우의 조건으로 해서 더불어 경제성, 안전성을 포함한 신속성 및 고성능화 이외의 과제로서 상태검지성, 그 외 재활용성 등이 문제가 된다.납축전지에서는 재로인 납이 재생납으로서 점검 100% 재활용되고 있지만, 그 외의 신형전지에서는 앞으로 평가, 해결해 나가지 않으면 안 되는 과제로서 검사가 필요하다. 여기에서의 과제에 대해는 별도로 다시 소개할 기회가 오길 바란다.