韓国科学技術院（KAIST）は23日、熱暴走の原因となり得るバッテリー電極の微細な厚さ不均一を、バッテリーを分解したり損傷させたりせずに、髪の毛の太さの約1万分の1水準まで識別できる技術を開発したと明らかにした。
電気自動車に多く使われるリチウムイオンバッテリーの電極は、電気が流れる中核部品である。電気自動車に多く使われるリチウムイオンバッテリーの電極は、電気が流れる中核部品である。電極の厚さがわずかに異なるだけでも、充放電過程で電流が特定部分に集中して熱が発生し得る。この熱が蓄積し続けると熱暴走が起こり得るため、バッテリー製造過程では電極の厚さを均一に管理することが重要である。
しかし既存の検査技術は生産現場で活用するには限界があった。X線コンピュータ断層撮影（CT）は内部を詳細に確認できるが、検査時間が長く高速な生産ラインへの適用が難しい。超音波ベースの音響顕微鏡は試料に液体を接触させる必要があり、レーザー変位センサーは高速測定が可能だが電極内部まで精密に分析するのは難しかった。
カイスト機械工学科のキム・ヨンジン教授の研究チームは、テラヘルツ波をバッテリー電極に照射し、内部で複数回反射して生じる信号を取得し、光周波数コムを基準にこの信号を超精密に分析して電極の厚さを算出した。これによりバッテリーを損傷させずに内部をナノメートル水準まで精密に測定できた。
今回の技術の核心は、テラヘルツ波が電極の前面と背面の間を複数回往復しながら生み出す一定間隔の干渉縞であるファブリ・ペロー（Fabry-Pérot）干渉を利用した点である。まるで定規の目盛りを読んで長さを測るように、研究チームはこの干渉縞を光周波数コムを基準に精密に分析して電極の厚さを算出した。その結果、別途のキャリブレーション（Calibration）なしでも電極の厚さはもちろん、複素屈折率（Complex Refractive Index）まで一度に測定することに成功した。
研究チームは、人の髪の毛1本と近い厚さである50∼150マイクロメートル（㎛）のバッテリー電極を対象に技術を検証した。わずか0.2秒の短時間測定だけでも、髪の毛の太さの約1400分の1に相当する微細な厚さ差（陰極70.1ナノメートル、陽極465.5ナノメートル）まで測定し、これは高速で動くバッテリー生産ラインでも活用可能な水準である。
測定時間を25.6秒に延長すると精度はさらに高まった。陰極は髪の毛の太さの約1万分の1に相当する7.8ナノメートルまで識別でき、陽極も25.2ナノメートルまで測定した。これは既存の分析方式より最大100倍高い精密度で、肉眼では全く確認できない微細な厚さ差まで見つけ出せる水準だと研究チームは説明した。
キム・ヨンジン教授は「今回の技術は電極の厚さと素材特性を別途の補正なしに同時測定できる統合型計測プラットフォームだ」と述べ、「次世代リチウムイオンバッテリーだけでなく、全固体電池の生産ラインにおけるリアルタイム品質管理の核心技術として活用されるだろう」と語った。