급속 충전, 방전 반복해도 끄떡없는 새로운 배터리 소재 나왔다

2017년 12월 05일 09:40

 

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
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

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.


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.


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.

 

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