2024년판 차세대 전지 시장의 현황과 장래 전망(일본어판)

조사결과 포인트

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1. 시장 동향

2. 차세대 배터리 플레이어의 노력

3. 전망과 과제

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제1장 산화물계 전고체 LIB

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산화물계 고체 전해질은 액체 LIB와 차세대 전지용 재료 공급도 조준

한편 반고체 전지로 시장 투입을 서두르는 움직임이 활발화

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1. 들어가며

　　1-1. 산화물계 전고체 LIB의 동향

　　1-2. 레독스흐름전지의 특징

2. 산화물계 전고체 LIB 시장 전망

　　2-1. 일본 동향

　　2-2. 한국 동향

　　2-3. 기타 동향

　　2-4. 산화물계 전고체 LIB의 시장규모 예측

　　　　[그림·표1. 산화물계 전고체 LIB의 세계 시 규모 추이·예측]

　　　　[그림·표2. 산화물계 전고체 LIB의 유형별 시장규모 예측(금액: 2030, 2035년 예측)]

3. 주목 기업·연구기관의 대응

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FDK 주식회사

　　전고체 전지, 니켈아연전지 모두 다음 생산단계로의 이행을 추진

　　　　[표1. FDK니켈아연전지 기본사양]

　　　　[표2. FDK 산화물계 전고체 전지 제품 특성

　　　　[표3. FDK 충전회로 내장 전고 전지 모듈(참고품) 제품 특성]

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주식회사 오하라

　　산화물계 유리 세라믹 고체 전해질의 본격 양산을 위한 움직임 가속화

　　LIB 양극재 첨가제 차세대 전지 분리막용으로 2가지 솔루션 추진

　　　　[그림. LICGCTM 소결체-01의 이온전도도(AG-01과의 비교)]

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일본특수도업 주식회사

　　장기 비전에서의 LLZ의 다면적 전개를 추진

　　　　[표1. 일본특수도업 산화물계 전고체 전지 참고 스펙]

　　　　[표2. 일본특수도업 LLZ-Mg, Sr의 특성]

　　　　[표3. 일본특수도업 LLZ-Mg, Sr 형태별 재료 샘플 라인업]

　　　　[표4. 일본특수도업 리튬이온 커패시터 제품 특성]

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제2장 황화물계 전고체 LIB/고분자계 전고체 LIB

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자동차용으로 주목도가 상승하는 황화물계, 최근은 소형·소용량 타입 시장에서 시동

고분자계는 차세대 제품 개발 단계로

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1. 들어가며

　　1-1. 황화물계 전고체 LIB의 포텐셜

　　황화물계 고체 전해질 동향, 고분자계 고체 전해질 동향

　　　　[그림1. 전고체 전지의 구성 모식도

　　　　①황화물계 고체 전해질

　　　　②고분자계 고체 전해질

2. 황화물계 전고체 LIB/고분자계 전고체 LIB 시장 전망

　　2-1. 일본 동향

　　2-2. 한국 동향

　　2-3. 기타 동향

　　2-4. 황화물계 전고체 LIB/고분자계 전고체 LIB 시장규모 예측

　　　　[그림·표1. 황화물계 전고체 LIB/고분자계 전고체 LIB의 세계 시장규모 추이·예측]

　　　　[그림·표2. 2030년, 2035년 황화물계 전고체 LIB/

　　　　고분자계 전고체 LIB 시장규모 예측의 용도 분류 대별]

3. 주목 기업·연구기관의 대응

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맥셀 주식회사

　　FA용을 시작으로 황화물계 전고체 전지 양산으로 선행

　　전고체 전지이기 때문에 실현 가능한 용도 전개를 추진

　　　　[도표. 맥셀 전고체 전지 PSB401010H (8.0mAh)]

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히타치조선 주식회사

　　가압, 성막, 분체가공의 독자 기술 조합에 강점

　　우주공간 실증에 이어 첫 상업기반 수주 획득

　　　　[표. 히타치조선 'AS-LiB®' 라인업]

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이데미쓰코산 주식회사

　　양산화를 위한 실증을 착실히 추진

　　도요타자동차와의 협업을 통해 자동차용 타깃에 대한 대응이 더욱 진전

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주식회사 오사카소다

　　특수고무사업의 독자 기술을 무기로 전지 재료 전개, 액체 LIB에서 전고체 LIB까지

　　폭넓게 재료 제안, 연구개발 전개

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주식회사 LG에너지솔루션(LG Energy Solution, Ltd.)

　　고분자계 전고체 전지를 시작으로 리튬황전지, 황화물계 전고체 전지의

　　제품화·생산 개시를 2030년까지 목표로 설정

　　　　[그림1. LG에너지솔루션의 전고체 전지 개발 로드맵]

　　　　[그림2. LG ES-UCSD가 공동개발한 전고체 전지 구조]

　　　　[그림3. LGES-KAIST가 공동개발한 리튬금속전지 구조]

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삼성SDI 주식회사(Samsung SDI Co., Ltd.)

　　2023년부터 자동차 OEM용으로 황화물계 전고체 전지의 샘플 평가를 시작

　　2024년 사업화추진팀 신설

　　　　[그림1. 삼성SDI의 전고체 전지 셀 디자인 및 재료]

　　　　[그림2. 하이니켈 LIB 탑재 차량과 전고체 전지를 탑재한 차량의 중량·차내 공간 비교]

　　　　[그림3. 삼성SDI의 차량용 셀 프로모션 타깃의 구분]

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SK on 주식회사(SK on Co., Ltd.)

　　황화물계 전고체, 고분자계와 산화물계의 하이브리드형 등의 개발을 추진

　　　　[그림1. SKon의 하이니켈 기술 로드맵]

　　　　[그림2. SK on 전고체 전지 개발 로드맵]

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제3장 나트륨이차전지

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NAS 전지가 시장을 견인하고 NIB는 Li 가격 하락의 영향을 받아,

시장의 상승 시기는 뒤로 밀리는 추세

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1. 들어가며

　　1-1. 나트륨의 성질

　　　　[표. 이차전지 재료로서의 리튬과 나트륨의 비교]

　　1-2. 나트륨이차전지의 종류와 주목 동향

　　　　(1) NAS 전지(나트륨 및 유황전지)

　　　　[그림. NAS 전지의 동작원리]

　　　　[그림. NAS 전지의 구조(왼쪽: 단전지/중: 시스템/오른쪽: 모듈)]

　　　　(2) 나트륨/염화니켈전지

　　　　[그림. 나트륨·염화니켈전지의 구조(왼쪽: 단전지/오른쪽: 모듈)]

　　　　(3) 나트륨이온전지

　　　　①양극재료

　　　　②음극재료

　　　　③전해질

　　1-3. 나트륨이차전지 시장규모 예측

　　　　[그림·표. 나트륨이차전지의 세계 시장규모 추이·예측]

　　　　[표. 구미의 나트륨이온전지 기업 예]

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일본가이시 주식회사

　　재생에너지 확대에 공헌하는 장주기 용도의 나트륨유황전지 메이커

　　　　[그림. NAS 전지 구성]

　　　　[그림. NAS 전지 컨테이너 사양]

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도쿄이과대학 이학부 응용화학과(코마바 연구실)

　　고용량 음극재 하드카본 개발에 성공하여 LFP계 LIB에 필적하는

　　에너지 밀도 달성

　　　　[그림. HC-Zn 음극재료를 사용하여 개발한 나트륨이온전지의 방전용량]

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中科海鈉科技有限責任公司(HiNa Battery)

　　세계 최초 GWh 규모 NIB 양산체제 구축

　　소형 EV용 NIB를 중국 자동차 OEM과 공동개발

　　　　[표. HiNaBattery 나트륨이온전지 라인업]

　　　　[표. 'E10X' 모델 탑재 나트륨이온전지 셀·팩 사양]

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제4장 레독스흐름전지

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신재생에너지 확대에 따른 장시간 운용 ESS 수요 증가

새로운 전해액 개발이 향후 경쟁력 강화의 열쇠

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1. 들어가며

　　1-1. 레독스흐름전지란

　　　　[그림. RF 전지 구성]

　　　　[표. RF 전지의 셀 구성 부재]

　　　　[그림. VRF 전지의 구조와 동작원리]

　　1-2. 레독스흐름전지의 특징

　　　　[표. RF 전지의 주요 특징(도입 장점)]

　　　　[그림. RF 전지 설계의 자유도(고출력형~대용량형)]

　　　　[그림·표. RF 전지의 제조비용 구조]

　　1-3. RF 전지 기술개발 동향

　　　　[그림. RF 전지의 유로 구조와 전해액 유동)]

　　　　[그림. 철흐름전지의 동작원리 및 셀 유닛·파워모듈]

　　　　[그림. LE시스템의 바나듐 회수/전해액 제조 프로젝트]

　　1-4. RF 전지 시장 동향

　　　　(1) 탄소중립을 위해 각국이 신에너지 도입을 추진

　　　　(2) 신재생에너지 도입 증가에 따른 장시간형 축전지의 필요성

　　1-5. RF 전지 시장 전망

　　　　[그림·표. RF 전지의 세계 시장규모 추이·예측]

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스미토모전기공업 주식회사

　　LDES로 더 높은 도입효과 발휘, 미국시장 진출은 초읽기

　　　　[그림. VRF 전지 탑재 ESS 이미지]

　　　　[표. VRF 전지 탑재 컨테이너형 ESS 제품의 사용]

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주식회사 LE시스템

　　독자적인 바나듐 전해액 제조 흐름을 활용하여 본격적인 양산을 추진

　　　　[그림. LE 시스템의 VRB 전해액 제조 플로우]

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제5장 금속공기전지

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실제 상업화의 길은 사용하는 금속재료에 따라 다양

전지 특성 향상의 Li 공기, 재주목의 Fe 공기 등으로 새롭게 전개

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1. 들어가며

2. 금속공기전지란

　　　　[그림. 일반 전지(왼쪽)와 금속공기전지(오른쪽)의 개념도]

　　　　[표. 금속공기전지의 주요 음극 금속과 그 특성]

3. 금속공기전지 유형별 현황

　　3-1. 공기아연전지

　　　　[그림. 버튼형 공기아연일차전지의 기본구조]

　　3-2. 마그네슘공기전지

　　3-3. 알루미늄공기전지

　　3-4. 수소/공기이차전지(HAB)

　　　　[그림. 수소/공기이차전지의 전지 반응]

　　3-5. 리튬공기전지

　　3-6. 철공기전지

4. 금속공기전지 시장 전망

　　　　[그림·표. 금속공기전지의 세계 시장규모 추이·예측(금액: 2022-2030년 예측)]

　　　　[그림·표. 금속공기전지의 이차전지 세계 시장 비율(금액: 2022년)]

　　　　[그림·표. 금속공기전지의 이차전지 세계 시장 비율(금액: 2030년 예측)]

　　　　[그림·표. 금속공기이차전지 세계 시장의 내역(금액: 2030년 예측)]

5. 주목 기업·연구기관의 대응

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VARTA Microbattery Japan 주식회사/VARTAAG

　　마이크로배터리 사업은 아연공기일차전지와 리튬이온이차전지의

　　양륜으로 사업 전개

　　　　[그림. (왼쪽)코인형 리튬이온전지 'Coin Power'(오른쪽) 축전지(ESS)]

　　　　[그림. VARTA제 공기아연일차전지 ‘Power One’ VARTAAG 자료에서 발췌]

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후지쿠라컴포지트 주식회사

　　비상용 전원 이외로의 용도 확대, 센서용을 주로 개발을 추진

　　　　[그림. 공기마그네슘일차전지 'Watt Satt']

　　　　[그림. 후지쿠라컴포지트가 개발을 진행하는 배터리리스 누액감지시스템]

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국립연구개발법인 물질·재료 연구기구(NIMS)

　　세계 최초 500Wh/kg급 LAB 개발, HAPS 등 이동체 용도로의 전개 추진

　　　　[그림. NIMS가 개발한 다공성 카본 전극]

　　　　[그림. 충방전 후 음극의 단면 SEM 증가 왼쪽: 보호막 없음, 오른쪽: 보호막 있음]

　　　　[그림. NIMS만의 고처리량 전지평가시스템]

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제6장 유기이차전지

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'자원·환경 과제에 대한 대응', '경량' 등을 강점으로 포스트

리튬이온전지로서 항공 및 우주계 특수 용도로의 용도 전개가 유망

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1. 들어가며

　　1-1. 유기 활물질 충방전 메커니즘

　　　　[그림. 래디컬 폴리머(TEMPO 치환) 양극의 로킹체어형 전지]

　　1-2. 유기 활물질은 고분자계와 저분자계로 크게 구분됨

　　　　(1) 고분자계

　　　　[그림. TEMPO의 구조식과 충방전 반응 모델]

　　　　(2) 저분자계

　　　　[그림. DS-MOF의 구조]

　　1-3. 유기이차전지 시장 전망

　　　　[그림·표. 유기이차전지의 세계 시장화 전망(금액 기준: 2022-2030년 예측)]

2. 주목 기업·연구기관의 eod,d

　　국립연구개발법인 산업기술종합연구소　

　　분자응용에너지디바이스연구그룹

　　산화 환원성을 나타내는 퀴논류를 기반으로 경량성을 중시한 유기이차전지를 개발

　　HAPS 등의 이동체 용도로의 전개를 기대

　　　　[그림. (왼쪽)나프타잘린 Li염, (오른쪽)축합된 나프타잘린 이합체 Li염]

　　　　[그림. AQ아마이드트리머가 가수분해로 저분자화되는 반응식과 질량분석계에 의한 해석]

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간사이가쿠인대학 나노축전에너지재료과학연구실

　　유기금속구조체(MOF)를 이용한 고용량 유기이차전지를 개발, 나트륨계

　　유기이차전지도 시야에

　　　　[그림. CPL-4 양극에서의 나트륨이온전지 모식도]

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아이치공업대학 공학부 응용화학과

　　유기 중성 라디칼(TOT)을 독자 개발, 매우 높은 전기전도성을 활용하여,

　　레독스흐름전지 활물질로의 전개도 시야에

　　　　[그림7. (왼쪽)H3TOT의 분자 구조, (오른쪽)H3TOT 1차원 컬럼 구조

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제7장 다가차전지

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장기 전망에서의 실용화를 위해 마그네슘이차전지를 중심으로

재료 탐색의 기초연구개발을 계속

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1. 들어가며

　　1-1. 다가금속은 용량밀도가 매우 크다

　　　　[표. 주요 금속 원소 이온의 가수]

　　　　[표. 각종 금속의 축전지 음극으로서의 특성]

　　1-2. 삽입·이탈반응과 용해·석출반응

　　　　[그림. 인터컬레이션 반응 이미지]

2. 주요 전지 개발 동향

　　2-1. 마그네슘이차전지 현황

　　2-2. 알루미늄이차전지 현황

　　2-3. 칼슘이차전지 현황

　　　　[그림. 개발한 수소 클러스터 복합체 수소화물의 칼슘 전해질과 그 전도율]

3. 다가이차전지 시장 전망

　　　　[그림·표. 다가이차전지의 세계 시장화 전망(금액 기준: 2022-2030년 예측)]

4. 주목 기업·연구기관의 대응

　　국립연구개발법인 물질·재료연구기구(NIMS)

　　Mg금속 용해·석출에 적합한 전해질 신규 합성법 개발

　　　　[그림. 신규 개발한 불화알콕시볼레이트계 Mg염의 합성반응]

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국립대학법인 도호쿠대학 금속재료연구소

　　자원전략의 관점에서 유용한 칼슘이차전지에 주목,

　　독자개발 수소클러스터 전해액을 기반으로 전극재료 개발 추진

　　　　[그림. 수소 클러스터 전해액(DME/THF 혼합용매)을 이용한

　　　　칼슘이차전지의 충방전 특성]

　　　　[그림. 코벨라이트 탄소복합체 양극을 이용한 코인 셀에서의 충방전 특성]

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오사카공립대학

　　알루미늄이차전지의 대폭적인 고성능화 실현에,

　　신규 전해액의 메커니즘 해명과 새로운 전극반응에 의해 양극 개발을 진행

　　　　[그림. CuCl2 전극을 사용한 알루미늄전지의 충방전 곡선]

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제8장 Li-S전지

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'경량 특성'에 강점, 사이클 수명의 진전으로 장기적인 시장 창출을 위해 전진

 

1. 들어가며

2. Li-S 전지 개요

　　2-1. Li-S 전지란

　　　　[그림. Li-S 전지의 원리]

　　2-2. 유황계 양극재의 용량은 현재 LiB 양극재를 능가

　　　　[표. 유황과 현재 LiB의 주요 양극재 이론용량·전압]

　　　　[그림. 리튬유황전지의 중량에너지밀도의 잠재력]

　　2-3. Li-S 전지의 전극반응과 개선 과제

　　　　[표. Li-S 전지의 개선 과제]

　　2-4. 국내외 Li-S 전지 연구개발 동향

　　　　[그림. VS4(금속다황화물) 양극의 8Ah급 셀(왼쪽)과 그 충방전 곡선]

　　　　[그림. ALCA-SPRING이 제시하는 리튬유황전지 개발 콘셉트]

3. Li-S 전지 시장 전망

　　　　[그림·표. Li-S 전지 초기 세계 시장의 전망(금액: 2022-2030년 예측)]

4. 관련 기업·연구기관의 대응

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주식회사 ADEKA

　　고용량 Li-S 전지 개발, SPAN 양산체제 구축도 추진

　　　　[그림. SPAN의 합성 스킴]

　　　　[그림. (왼쪽)SPAN 양극과 현재 양극재의 충방전 곡선,

　　　　(오른쪽)SPAN 양극과 Li금속 음극을 이용한 코인 셀에서의 사이클 특성 비교]

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후지색소 주식회사/GS얼라이언스 주식회사

　　Li-S 전지의 양산체제 구축 단계에 돌입, 유럽 전개도 시야에

　　　　[그림. 동사가 개발한 리튬유황전지의 충방전 곡선]

　　　　[그림. 블랙매스로 직접 제작한 양극재를 이용한 리튬이온전지]

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스미토모고무공업 주식회사

　　타이어 고무 생산 노하우를 기반으로 독자적인 유황 양극재 개발

　　　　[그림. 스미토모고무가 개발한 유황계 양극재의 텐더 X선 나노스코프에 의한

　　　　화학결합상태 가시화 이미지]

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국립대학법인 요코하마국립대학 대학원 공학연구원(독고·우에노 연구실)

　　자체 개발 이온 액체로 다황화 리튬 용출 억제, 사이클 특성 개선 진전

　　　　[그림. 용매화 이온 액체의 Li2S8 용해도(오른쪽)와 같은 액체 전해질의 Li-S 전지의충방전 특성]

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간사이대학 화학생명공학부 전기화학연구실(이시카와 마사시 교수 연구실)

　　독자적인 마이크로 다공성 카본 개발, 다황화 리튬 용출 대폭 개선

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도쿄도시대학 이공학부 응용화학과 고분자·바이오화학 연구실(기능성 고분자)

　　폴리머계 황 양극을 개발, 황화물계 고체 전해질로의 응용도 시야에 두고 개발 추진

　　　　[그림. 폴리황화탄소의 화학 구조와 가압성형 샘플]

　　　　[그림. 도전성 유황 양극 개발: 전고체계 LiB]

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제9장 신원리/신형 전지

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신형 전지 일부 상용화도 천차만별

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1. 들어가며

　　1-1. 신원리 전지

　　　　[그림. 개발하는 불소전지의 개념도]

　　1-2. 신형 리튬이온전지

　　1-3. 신원리/신형 LiB 시장화 전망

　　　　[그림·표. 신원리 전지/신형 LiB의 세계 시장화 전망(금액 기준: 2022-2030년 예측)]

2. 주목 기업·연구기관 최신 동향

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CONNEXX SYSTEMS 주식회사

　　여러 신형 전지를 개발하여 ESS와 AGV용으로 용도 전개, 리튬공기전지를

　　상회하는 고에너지밀도 전지도

　　　　[그림. (왼쪽)BLP 시리즈: 73.7kWh, (오른쪽)LUVIS 시리즈: 61.4kWh]

　　　　[그림. SHUTTLE Battery 충방전 반응 개념도]

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교세라 주식회사

　　클레이형 LIB의 양산 개시, 듀얼 전해액형 셀 개발도 시야에 한층 더 큰 용도 전개로 추진

　　　　[그림. (왼쪽)클레이형 LiB의 스택 셀, (오른쪽)클레이형 LiB 탑재 Enerezza 축전지 유닛]

　　　　[그림. 클레이형 LiB의 전극 구조]

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주식회사 퀄텍

　　세계 최고 수준의 광전위창 수계 전해액 실현, 수계 전기 이중층 커패시터 개발을 목표로

　　　　[그림. (왼쪽)활성탄 비율과 중량에너지밀도, (오른쪽)각 온도영역의 충방전 곡선]

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※제5장~9장은 <Concise Report: 금속공기전지 동향 Li-S 전지 동향>(2023년 10월 발간), <Concise Report: 신원리·신형 전지 동향/다가이차전지 동향/유기 이차전지 동향>(2023년 12월 발간)에서 발췌, 재편집