미국 메릴랜드 대학(University of Maryland, UMD) 소속의 공학자들은 한 가지 재료로 고체 상태 리튬 이온 배터리(Solid-state Li-ion Battery)를 생성하는 데 성공했다. 동 대학 화학 생명 공학부 소속의 Chunsheng Wang 교수와 그의 연구팀은 전극(Electrode, 양극과 음극)과 전해질(Electrolyte)의 두 가지 특성이 통합된 단일 재료를 만들었다.
새로운 재료는 황, 게르마늄, 인 및 리튬 등의 혼합물(Li10GeP2S12)로 이뤄지며, 이 화합물은 이온을 이동시키는 전해질(Ion-moving Electrolyte)로 사용됐고, 각 배터리의 끝에서 과학자들은 배터리가 충전과 방전할 때 전해질을 통해 이온을 앞뒤로 추진시키는 전극을 형성하기 위하여 탄소를 추가했다. Li10GeP2S12에서 Li-S과 Ge-S 구성 원소는 각각 자체적인 음극과 양극 성능에 대한 활성을 중심으로 작용한다.
Advanced Materials 저널에 발표된 논문에서, 연구팀은 단일-Li10GeP2S12 배터리가 계면 접촉과 상호작용의 개선과 계면 간 스트레스의 억제 등을 통해 우수한 성능으로 이어질 수 있는 낮은 계면 저항을 나타냈다고 밝혔다.

고성능 화학물질 및 첨단재료 제조회사인 Graphene NanoChem (AIM: GRPH)은 순수한 자회사인 Platinum Nanochem Sdn Bhd가 Sync R&D Sdn Bhd (Sync R&D)와 함께 제품 개발 협력 동의 하에 전기 버스 1 말레이시아 프로그램(Electric Bus 1 Malaysia program: EB1M Program)으로 전기버스를 위한 차세대 그래핀 향상 리튬 이온 배터리 해결안을 개발하기로 협력을 시작하였다고 발표하였다. Graphene NanoChem과 Sync R&D는 동의 하에 Sync R&D가 디자인하고 개발한 말레이시아 프로토타입 전기 셔틀 차에 적용할 그래핀 향상 리튬 이온 배터리를 개발하고 통합하기 위한 자원을 공유하는데 있어 파트너가 될 것이다.

말레이시아 경제 변형 프로그램(the Malaysian Economic Transformation Program)에서 정부는 전기자동차 정책과 대중 및 개인 자동차에 대한 규제를 가속화하는 목표를 발표하였다. 목표에 의하면 2020년경에 운행될 전기버스는 2,000대, 전기자동차는 100,000대이다. 2014년 10월에 발표된 2015년 말레이시아 예산은 2015년 초에 처음으로 50대의 전기 버스를 도입할 목표를 세우고 있다. 이 계획의 중요한 점은 리튬 이온 배터리 기술과 제조를 포함하여 전기 자동차 부품이 말레이시아에서 제조될 수 있게 하는 인프라 구조의 개발이다.

리튬 이온 배터리는 버스가 완전하게 충전된 배터리로 재충전 이전에 180~200 킬로미터를 달릴 수 있게 해주기 때문에 전기자동차의 중요한 부품이 될 것으로 예측되고 있다. 리튬 이온 배터리의 중요 구성인 그래핀에 의해 향상된 음극은 전력 저장이 10배 더 가능하고 배터리의 충전에 필요한 시간을 크게 줄여주는 것으로 밝혀졌다. Graphene NanoChem은 내구성과 저장능력을 향상시켜 재충전 이전에 운행거리를 훨씬 증가시키는 것을 주요 목표로 하여 리튬 이온 배터리 기술을 보다 개발하기 위한 연구를 할 것이다. 리튬 이온 배터리 프로젝트는 그래핀에 의해 향상된, 높은 용량, 우수한 내구성 및 향상된 충전 속도가 프로토타입 전기 버스에 통합된 리튬 이온 배터리의 개발 첫 번째 단계로서 EB1M 프로그램 하에서 성공적인 프로토타입, 통합 및 시험의 완성을 통해 상업적인 발표 실행을 목표로 하고 있다. 그래핀에 의해 향상된 리튬 이온 배터리의 첫 번째 프로토타입은 2016년에 완성될 것으로 기대되고 있다.

세계적인 리튬 이온 배터리 시장은 보다 우수한 에너지 저장 시스템의 세계적인 요구와 점차 증가하는 전기자동차의 사용, 스마트폰, 태블릿, 노트북뿐만 아니라 재생에너지 분야의 응용에서도 사용량이 증가하게 되어 2020년경에는 650만 불, 2025년경에는 1,300만 불로 성장할 것으로 예측되고 있다. “우리는 이 파트너십을 발표하게 되어 기쁘게 생각한다. Sync R&D은 기존의 엔지니어링 해결안의 혁신을 계속하게 되고 Graphene NanoChem은 에너지분야에서 그래핀의 응용연구를 계속 확장할 것”이라고 Graphene NanoChem의 주요행정책임자인 Jespal Deol은 말한다. 리튬 이온 배터리의 증가하는 수요와 기술을 향상시켜야 하는 업체에서의 증가하는 압박에 의해서 Graphene NanoChem은 그래핀에 의해 향상된 리튬 이온 배터리로부터 이익을 보게 되는 산업체들에게 시장성이 향상된 해결안을 제공해줄 것이다.

KISTI 미리안 『녹색기술정보포털』