전기차 급속 충전에도 배터리 'OK'···음극 촉매 소재 개발

흑연 음극 단점 해결···탈용매화·전하 전달 반응 촉진

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 급속충전에도 배터리의 성능과 안전성을 보장하는 기술을 선보였다. 전기차 대중화에 걸림돌이었던 급속충전 시 발생하는 각종 문제점을 개선할 계기를 마련한 것이다.

한국전기연구원은 이상민 차세대전지연구센터장과 박민식 경희대 교수, 이종원 대구경북과학기술원(DGIST) 교수가 주축이 된 연구팀이 ‘음극용 촉매 소재 및 코팅 기술’을 개발했다고 3일 밝혔다.

흑연 음극에 촉매 소재 적용 여부에 따른 비교.(자료=한국전기연구원)

리튬이온 배터리는 리튬이온이 양극과 음극을 오고 가면서 전기 에너지를 저장하거나 방전하는 원리를 이용한다. 충전 시간을 줄이려면 리튬이온이 빠르게 이동해야 하며, 흑연이 전극 내에서 지속적이고 반복적인 산화·환원 반응을 돕는다.

하지만 급속충전을 하면 흑연 음극 표면에 리튬 금속이 달라붙는 석출 현상이 발생해 배터리의 성능과 안정성이 낮아졌다.

연구팀은 이러한 흑연 음극의 단점을 해결할 ‘금속인화물 촉매 코팅 기술’을 개발했다. 개발한 촉매 소재를 분석한 결과, 배터리 전해액 내 리튬이온의 탈용매화 반응을 돕고 전하 전달 반응을 촉진해 급속충전 시에도 배터리의 수명이나 안전성에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.

연구 성과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 지난 달 4일자에 게재됐다.

연구팀은 해당 기술을 국내 이차전지 관련 기업에 이전하면 일본, 중국 등으로부터 전량 수입에 의존했던 인조흑연 음극재를 대체할 수 있다고 보고 있다. 해당 기술에 대한 국내외 특허 출원을 완료했으며, 기업을 발굴해 기술이전을 추진할 계획이다.

이상민 전기연 차세대전지연구센터장은 “급속충전 단점을 해결하기 위해 충전 방식을 변경하는 등 다양한 시도가 있었지만, 아직 고에너지 밀도 유지와 급속충전 성능 개선을 동시에 확보할 소재 기술은 없었다”며 “이번에 개발한 촉매 소재와 코팅 기술은 배터리 내 리튬 석출 가능성을 줄여 발열 위험을 낮춰주기 때문에 급속충전 시에도 성능과 안전성을 보장해줄 수 있다”고 했다.