국내 연구진, 리튬이온전지 수명 '20% 연장' 신기술 개발

[경향신문]

일반적인 리튬이온배터리의 양극 소재(왼쪽 사진)와 ‘코발트-보라이드 화합물’이 덮인 양극 소재를 주사전자현미경으로 찍은 모습. 울산과학기술원(UNIST) 제공

리튬이온배터리의 수명을 기존보다 20% 늘릴 수 있는 신기술이 개발됐다. 이번 기술을 개발한 국내 연구진은 전기 자동차의 주행거리를 연장할 효과적인 방안이 될 것으로 기대하고 있다.

울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 조재필 특훈교수팀은 배터리 수명을 떨어뜨리는 양극재 입자의 미세균열과 화학적인 불안정을 개선할 수 있는 새로운 기술을 개발했다고 2일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 에너지’ 최신호에 게재됐다.

연구팀에 따르면 대용량 배터리의 양극 소재인 ‘하이니켈’은 많은 전기를 담을 수 있고 가격도 저렴하다. 하지만 충전과 방전이 반복되면 소재 입자 내부에 미세균열이 생기는 등의 문제가 발생해 수명이 급격히 떨어진다. 이 때문에 현재는 소재 표면에 코발트 또는 알루미늄 성분의 코팅제를 발라 700도의 고온에서 열처리를 하지만, 이렇게 하면 배터리의 성능이 저하되고 비용도 많이 들게 된다.

연구팀은 ‘코발트-보라이드 화합물’이라는 새로운 물질을 코팅제로 사용하는 기술로 문제를 해결했다. 이 물질을 양극재 입자의 표면뿐만 아니라 내부까지 골고루 침투시켜 양극재에서 미세균열이 일어나는 일을 효과적으로 막은 것이다. 균열은 주로 입자 표면에서 시작돼 내부로 파고들기 때문에 이를 막을 수 있는 일종의 이중 방어선을 구축한 셈이다. 하이니켈로 이뤄진 양극재의 성분 가운데 하나인 산소와 코발트-보라이드가 강하게 결합하기 때문에 가능한 일인데, 온도 100도 미만에서 코팅이 가능한 장점도 있었다고 연구팀은 설명했다.

연구팀은 새로운 코팅 기술을 적용한 배터리가 500회 충·방전을 한 뒤에도 용량이 처음의 95% 수준을 유지했다고 밝혔다. 현재 일반적으로 쓰는 배터리보다 수명이 20% 늘어난 것이라고 연구팀은 강조했다. 조재필 특훈교수는 “이번 기술을 활용하면 전기 자동차의 주행거리를 늘리고 에너지저장장치(ESS)의 성능을 높일 수 있을 것”이라고 전망했다.

이정호 기자 run@kyunghyang.com