GIST 엄광섭·MIT 이정태 연구팀
실리콘 전극 사용 주행거리 2배↑
4년사용해도 성능 80% 이상 유지
절반 무게로 같은 용량 사용 가능
실리콘 전극 사용 주행거리 2배↑
4년사용해도 성능 80% 이상 유지
절반 무게로 같은 용량 사용 가능
광주과학기술원(GIST)은 엄광섭 신소재공학부 교수(사진)가 이정태 MIT 전자공학연구소 박사팀과 공동으로 현재 사용되는 리튬이온 배터리보다 용량은 4배, 수명은 2배 이상 우수한 배터리를 개발했다고 10일 밝혔다.
현재 상용화된 리튬이온 배터리는 전극 재료로 음극은 '그라파이트', 양극은 '리튬금속산화물'을 사용한다. 하지만 두 재료 모두 에너지 저장용량이 상대적으로 낮고 현재 기술로는 이론 용량에 거의 도달해 전기자동차의 전기 저장용량을 늘리는 데 한계가 있다.
연구팀은 새로운 전극 재료로 음극에는 실리콘, 양극에는 황을 사용하고 실리콘 음극을 보호하는 셀레니움을 첨가해 '리튬·실리콘' 음극과 '황·셀리니움' 양극으로 구성된 배터리를 만들었다.
연구팀이 개발한 리튬이온 배터리는 무게 당 저장용량이 약 500mAh/g으로, 현재 상용화된 리튬이온 배터리의 100∼150mAh/g보다 약 4배 크고, 사용 전압을 고려한 에너지 밀도는 2배 이상 높아졌다. 이 배터리를 전기차에 사용할 경우 같은 무게로 1회 충전 시 현재 주행거리의 약 2배인 300㎞까지 주행할 수 있다.
특히 이 배터리는 1500번 충·방전하는 동안 성능 감소율이 19%에 불과해 하루 1회 충전 시 약 4년 동안 사용해도 성능이 80% 이상 유지돼 교체 없이 사용할 수 있다고 연구팀은 설명했다. 이 배터리를 휴대전화에 사용하면 같은 용량에서 무게를 절반으로 줄일 수 있다.
엄광섭 교수는 "개발된 배터리를 상용화하면 1회 충전 시 150㎞ 이내에 머물고 있는 전기자동차의 주행거리를 획기적으로 늘릴 수 있다"며 "첨가물 종류와 양 조절, 전해질 안정성 연구 등 추가적인 최적화 연구를 통해 용량을 1.5배, 수명을 2배 이상 더 높일 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.
이번 연구결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션스'에 최근 게재됐다.
남도영기자 namdo0@
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