KIST, 2분 이내 충·방전 가능한 전기자동차용 배터리 신소재 개발

국내 연구진이 초고속 충전이 가능한 전기자동차용 배터리 신소재를 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST) 에너지융합연구단 오시형 박사팀은 최장욱 서울대 교수팀과 공동으로 고용량 배터리의 양극재로 사용되는 '과리튬망간 전이금속 산화물'(LMR) 소재에 나노미터 크기의 고이온전도성 표면층을 생성해 표면 열화 현상을 극복한 새로운 양극재 개발에 성공했다고 4일 밝혔다.

차세대 양극재로 주목 받고 있는 LMR 소재는 기존 상용화된 양극재보다 에너지 밀도가 높고 안전한 소재로 알려져 있다. 하지만 충·방전 간 결정구조가 불안정해지는 현상이 상용화의 걸림돌로 남아있다. 이런 현상은 주로 양극재 입자 표면에서 일어나 표면 특성을 제어하는 일이 LMR 소재의 상용화를 위한 핵심요소로 꼽힌다.

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 활물질 표면에 1∼2 나노미터(㎚·10억분의 1m) 두께의 코팅층으로 형성에 표면에서 원활한 리튬이온 확산이 가능해지고 소재의 열화 현상도 억제했다. 이를 통해 개발한 양극재는 2분 이내의 고속 충·방전을 300회 이상 실시해도 초기의 우수한 특성을 그대로 유지했다.

연구진은 "이번에 개발한 소재를 전기자동차 배터리에 적용할 경우 충전 시간을 단축하고 주행거리를 늘리며 제조 공정도 간소화할 수 있을 것"이라며 "이번 연구에서 개발한 양극재 합성 기법은 차세대 전기차와 중·대형 에너지저장시스템(ESS) 등에 응용 가능한 다른 핵심 전극 소재 개발에도 새로운 해법을 제시할 것"이라고 전망했다.

이번 연구결과는 나노기술 분야 국제 학술지 '나노 레터스'(Nano Letters) 온라인판에 게재됐다.

남도영기자 namdo0@dt.co.kr