KIST연구팀, 고용량 배터리 양극재 개발..."급속 충전, 방전 반복해도 끄떡없어"

KIST연구팀, 고용량 배터리 양극재 개발..."급속 충전, 방전 반복해도 끄떡없어"

최장욱 서울대 교수팀과 공동으로

"큰 약점으로 꼽히던 내구성 문제 해결"

   국내 연구팀이 친환경 전기자동차에 사용할 수 있는 고용량 배터리의 차세대 핵심 소재를 개발하는 데 성공했다. 고질적인 문제로 지적되던 내구성을 크게 높여, 급속 충전과 방전을 수백 회 반복해도 성능을 유지할 수 있다.

출처 Wikipedia

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오시형 한국과학기술연구원(KIST) 에너지융합연구단 책임연구원팀은 최장욱 서울대 교수팀과 공동으로 새로운 자동차용 고용량 배터리의 양극재(양극(+)을 구성하는 재료)를 개발해 그 결과를 나노 분야 국제 학술지 ‘나노 레터스’ 11월 16일자에 발표했다.

 

현재 고용량 차량 배터리의 양극재 후보로 꼽히고 있는 과리튬망간 전이금속산화물은 에너지를 많이 저장할 수 있고 안전하다는 장점이 있다. 하지만 충전과 방전이 반복되면 재료의 분자 구조가 변하면서 전기 충전과 방전을 일으키는 리튬 이온의 활동을 방해해 성능이 금방 떨어지는 약점이 있었다. 오 책임연구원팀은 이 재료에 1~2nm(나노미터, 10억 분의 1m) 두께의 표면층을 코팅해서 이 문제를 해결했다. 코팅한 표면층은 이온을 잘 전달하는 지르코늄으로 돼 있어, 리튬 이온이 잘 움직이도록 도와 전기 저장 성능을 지속시킨다.

급속 충전, 방전 반복해도 끄떡없는 새로운 배터리 소재의 표면을 전자현미경으로 본 모습(a). 위에 구조가 다른 코팅층이 

보인다. b와 c는 각기 다른 물리적 특성을 보인다는 뜻이다. - KIST 제공

연구팀은 이렇게 만든 새 소재를 휴대전화 배터리 크기의 작은 전지에 적용한 뒤, 2분 간격으로 재빠르게 충전과 방전을 반복시켜 실제로 내구성이 강한지 확인했다. 그 결과 300번 충방전을 반복한 뒤에도 초기 충전 용량의 85%를 유지한다는 사실을 확인했다.

 

오 연구원은 “차세대 배터리의 양극성 소재로서 가장 큰 약점으로 꼽히던 내구성 문제를 해결했다”며 “아직은 실험 단계지만, 실제 자동차에 적용할 수 있는 초고속 충전 배터리 개발을 목표로 연구를 이어갈 계획”이라고 말했다.

윤신영 기자 ashilla@donga.com 동아사이언스

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