2024-03-19 17:52 (화)
폭발 위험 없는 `전고체 배터리` 개발
폭발 위험 없는 `전고체 배터리` 개발
  • 이대근 기자
  • 승인 2023.03.23 20:02
  • 댓글 0
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경상대 성재경 교수 연구팀
세계적 학술지에 공개 주목
리튬 음극재 불균일 성장 억제
< 규화리튬 합금층의 합성 및 충ㆍ방전  거동에 대한 모식도 및 실제 이미지.>
< 규화리튬 합금층의 합성 및 충ㆍ방전 거동에 대한 모식도 및 실제 이미지.>

전기자동차에 사용되는 대용량 이차전지의 안전성 문제가 대두되고 있는 가운데 폭발 위험이 없는 차세대 전고체 전지 신기술에 대한 연구결과가 나와 주목받고 있다. 국내 연구진이 대용량 전극(리튬 음극재)의 안정성 및 수명 특성을 극대화하는 기술을 개발했기 때문이다.

연구 결과는 세계적인 학술지인 `어드밴스드 머티리얼즈`(Advanced materials)(Impact Factor: 32.09)에 지난 20일 자로 공개됐다.

경상국립대학교 공과대학 나노ㆍ신소재공학부 성재경 교수 연구팀은 미국 매사추세츠 공과대학(MIT) 주리(Ju Li) 교수팀과 공동 연구를 진행해, 전고체 배터리 수명을 저해하는 리튬 음극재의 불균일 성장과 부반응성을 효과적으로 억제해 성능을 획기적으로 개선할 수 있는 새로운 합성기술을 개발했다.

리튬 음극재는 기존 흑연 음극재 대비 10배 이상 큰 용량으로 전기차 주행거리를 대폭 늘릴 수 있어 차세대 배터리의 음극 소재로 주목받고 있다.

성재경 교수
성재경 교수

그러나 충전 과정에서 전해액과 반응하지 않거나 분리막을 파괴해 배터리의 수명이 급격히 저하돼 상용화에 큰 어려움으로 남았다.

연구팀은 나노 실리콘과 카본 나노 튜브로 만든 얇은 막(규화리튬 합금층)으로 리튬 음극재를 덮어 보호막으로 사용했다.

이 구조를 통해 충ㆍ방전 시 발생하는 고질적인 리튬 음극재의 불안정성을 최소화하고 높은 용량 및 우수한 수명을 갖는 고안전성 전고체 전지를 구현했다.

이와 같은 특성 덕분에 전고체 배터리 안정성은 물론 저가격 및 고에너지밀도화가 가능해져 향상된 주행거리를 갖고 안전한 전기자동차뿐만 아니라 고용량 에너지 저장 시스템에도 적용할 수 있을 것으로 전망된다.

성재경 교수는 "실리콘의 합금화 거동과 특성에 대한 심도 있는 고찰로 리튬 음극재 적용 전고체 배터리의 고질적인 문제들을 효과적으로 해결할 수 있는 새로운 기술을 개발할 수 있었다"라며 "이 기술은 가격이 저렴한 실리콘을 이용했다는 점에서 고용량 리튬 음극재를 사용하는 차세대 전고체 배터리의 생산 비용 절감 효과도 있을 것이다"라고 말했다.

 


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