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급속 충·방전 300차례에도 성능유지 신소재 개발... 전기차, 주행거리 획기적 개선 전망

[뉴스비전e 박준상 기자] 2분 이내 급속 충·방전을 300차례 이상 해도 처음 성능을 그대로 유지하는 전기자동차용 배터리 신소재가 나왔다. 전기차를 고속 충전할 경우 배터리 성능이 떨어지고 수명이 짧아지는 문제를 해결할 수 있게 됐다. 

LMR소재 <사진 / KIST 제공>

4일 한국과학기술연구원(KIST) 에너지융합연구단 오시형 박사 연구팀과 최장욱 서울대 교수 공동 연구진은 빠른 충전이 가능하고 전지 성능(에너지밀도) 저하가 없는 고출력·장수명의 전지를 개발했다고 밝혔다.

고용량 배터리의 양극(+)재로 사용되는 '과리튬망간 전이금속 산화물(LMR)' 소재에 나노미터 크기의 고이온전도성 표면층을 생성해 배터리 수명이 짧아지거나 전극이 파괴되는 것을 막았다. 

이 표면층이 소재 내 부로 리튬이온을 원활히 전달해 전기화학적 성능을 향상시켰다는 설명이다. 

◆크고 안전한 양극재 'LMR' 소재...연구진, 결정구조 불안정화 해결

차세대 양극재로 평가받는 LMR 소재는 에너지 밀도가 높고 안전한 것으로 평가받는다. 이론적으로는 용량이 250 mAh/g 이상으로 상용 양극재보다 약 1.5배 높다. 그러나 충·방전을 반복하다보면 결정구조가 점점 불안정해지면서 실제로는 이 같은 용량을 달성하기 어렵다는 한계가 있었다. 

연구진은 이 같은 문제를 해결하면서도 빠른 리튬이온전달이 가능하도록 표면을 형성하는 새로운 기술을 개발했다. 단 한 번의 공정으로 이 온 전도도가 높은 지르코늄 혼화산화물을 가지고 LMR 표면에 1~2나노미터 코팅층을 덮었다.

이후 실험한 결과, 2분 이내 고속 충·방전을 300회 이상 실시해도 배터리가 원래 성능을 그대로 유지했다.

오시형 박사는 "향후 전기자동차 배터리에 적용하면 충전 시간을 줄이고 주행거리 를 늘리며, 제조 공정을 간단하게 만들 것으로 기대된다"며 "다른 에너지저장시스템(ESS)에 응용 가능한 전극 소재 개발에도 새로운 해법을 제시할 것"이라고 말했다. 

박준상 기자  newsvision-e@hanmail.net

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