초고속 충방전 가능…‘전기차 배터리’ 신소재 개발

– 간단한 1회 공정으로 합성한 양극재로 열화현상 억제

– 급속 충·방전 300회 이상 실시해도 초기성능 유지

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 초고속 충‧방전이 가능한 전기자동차용 배터리 신소재를 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 에너지융합연구단 오시형 박사팀과 서울대학교 최장욱 교수 공동연구팀이 고용량 배터리의 양극재로 사용되는 과리튬망간 전이금속 산화물(LMR) 소재에 나노미터 크기의 고이온전도성 표면층을 생성, 표면 열화 현상을 극복한 새로운 양극재 개발에 성공했다고 4일 밝혔다.

차세대 양극재로 주목받고 있는 LMR 소재는 여타 상용화 양극재보다 에너지밀도가 높고 안전한 소재다. 하지만 충·방전 간 결정구조가 불안정해지는 현상으로 인해 상용화 적용에는 한계를 가지고 있었다. 

KIST 에너지융합연구단 안주현 박사가 초고속 충·방전용 신소재의 배터리 성능을 테스트하고 있다.[제공=KIST]

연구진은 LMR 양극재 표면을 안정화하고 빠른 리튬이온 전달을 가능하게 하는 표면구조를 형성하는 새로운 기술을 개발했다. 쉽고 간편한 한 번의 공정으로 이온전도도가 높은 지르코늄 혼합산화물을 LMR 물질 표면에 1~2 나노미터 코팅층으로 형성, 표면에서 원활한 리튬이온의 확산을 가능하게 하고 소재의 열화현상을 억제하는데 성공했다.

개발된 ‘나노미터 크기의 지르코늄 함유 혼합전이금속 산화층’이 생성된 양극재는 2분 이내의 고속 충·방전을 300회 이상 실시해도 초기의 우수한 특성을 그대로 유지했다. 이는 고용량 및 고출력이 동시에 가능한 소재로서 전기자동차 배터리에 적용 시 충전 시간을 단축하고 주행거리를 향상시키며, 제조 공정을 간소화시킬 것이 기대되는 등 상용화에 근접한 기술로 평가되고 있다.

이와함께 차세대 전기차와 중·대형 에너지저장시스템(ESS)에 응용 가능한 다른 핵심 전극 소재 개발에도 새로운 해법을 제시할 것으로 전망된다.

이번 연구성과는 나노기술 분야 국제학술지 ‘나노 레터스’ 11월 16일자 온라인판에 게재됐다.

구본혁기자[email protected]

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