전기차 주행거리 3배 늘리는 배터리 개발됐다

GIST 연구진, 황-금속 화합물 양극과 실리콘 음극 이용한 배터리 개발

황-금속 화합물 양극의 실시간 전기화학적 처리를 통한 성능 및 안정성 향상 과정

[아시아경제 김철현 기자] 현재 사용되고 있는 리튬이온 배터리보다 용량이 최대 3배 향상된 새로운 리튬이온 배터리가 개발됐다. 광주과학기술원(GIST, 총장 문승현)은 신소재공학부 엄광섭 교수팀과 건국대 조한익 교수, 미국 조지아공대 공동 연구팀이 이 같은 성과를 올렸다고 7일 밝혔다. 이 배터리가 상용화되면 하루에 1회 충전 시 7년 동안 큰 성능 감소 없이 사용 가능할 것으로 기대된다.

현재 상용 리튬이온 배터리의 전극 재료는 그라파이트(음극)와 리튬금속산화물(양극)이 사용되고 있다. 두 재료 모두 에너지 저장 용량이 상대적으로 낮으며 현재 기술로는 전기자동차의 전기 저장 용량을 증가시키는 데 한계에 직면해 있다. 전기자동차의 주행거리를 늘리기 위해서는 많은 양의 배터리를 장착하면 되지만 차체 무게가 증가하고 자동차 연비가 감소하기 때문에 배터리 추가 장착만으로는 주행거리를 늘리기 어렵다. 무게 및 부피당 전기 저장 용량이 큰 새로운 전극재료를 이용해 신규 배터리 개발이 필요한 상황인 것이다.

이에 연구팀은 리튬이온 배터리의 새로운 전극 재료로 '황-금속(몰리브데늄) 화합물'에 주목하고 이를 이용해 현재의 리튬이온 배터리의 양극재보다 무게 당 용량이 최대 6배 향상되고 충·방전 2500회 동안 초기 성능의 90% 이상을 유지할 수 있는 새로운 실시간 전기화학적 처리를 개발했다. 연구팀은 간단하게 제작 가능한 마이크론 크기의 물질을 이용해 나노 크기의 물질로 전환시켜 배터리의 용량 및 안정성 향상에 집중했다. 핵심적인 방법은 전극 활성 물질을 셀 제작 후에 실시간으로 나노 크기로 변환시킬 수 있는 기술이다.

연구팀은 새로 개발한 '황-금속 화합물 양극', '리튬·실리콘 음극'으로 구성된 신규 배터리는 무게당 저장 용량이 현재 상용화된 리튬이온 배터리보다 약 6배 높으며 사용 전압을 고려한 에너지밀도에서는 약 3배 이상 증가함을 확인했다. 엄광섭 교수는 "이번 연구성과는 고용량·초저가인 황-금속 화합물 소재를 이용한 새로운 리튬이차전지의 성능 및 안정성을 상용에 가까운 수준으로 향상시켰다는데 가장 큰 의미가 있다"고 했다.

김철현 기자 kch@asiae.co.kr
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