전기차 등에 쓰이는 리튬이온전지가 급속충전 조건에서도 안정성을 확보할 수 있게 해주는 기술이 개발됐다.
한국전기연구원(KERI, 이하 전기연) 전기소재공정연구센터 최정희 박사팀은 한양대 이종원 교수팀, 경희대 박민식 교수팀과 함께 ‘산화알루미늄 코팅 기반 음극 표면처리 기술’ 개발에 성공했다고 27일 밝혔다.
전기차 보급 확대를 위해서는 주행거리 상승, 안전성 확보, 사용자 편의를 위한 빠른 충전 속도 등이 뒷받침돼야 한다. 이를 실현하기 위한 고에너지밀도의 리튬이온전지를 설계하기 위해서는 전극 두께가 두꺼워야 하는데, 이 경우 지속적인 급속충전 시 열화(deterioration·성능 등이 떨어지는 것) 등 전지 성능이 떨어지는 문제가 발생한다.
연구팀은 리튬이온전지 음극 극판 표면에 1㎛(마이크로미터) 이하의 아주 작은 산화알루미늄 입자를 부분 코팅함으로써 기술 개발에 성공했다. 산화알루미늄은 가격이 저렴하고 전기 절연성이 우수하다. 또 내열성, 화학적 안정성, 기계적 특성 등을 갖춰 각종 세라믹 분야에서 널리 쓰인다.
연구팀은 산화알루미늄 입자가 리튬이온전지 음극과 전해질 간 계면(interface·2개 상(相) 사이 경계면)을 효과적으로 제어하고, 리튬 이온의 빠른 이동을 유도한다는 것을 확인했다. 이를 통해 급속충전 시에도 리튬의 전착(충·방전이 불가한 비가역적 리튬)을 막고, 리튬이온전지의 안정적인 충·방전 수명을 확보할 수 있었다는 게 전기연 설명이다.
연구팀은 또 리튬이온전지의 고에너지밀도화에도 성과를 거뒀다고 설명했다. 연구팀이 개발한 기술은 전극 내부가 아닌 흑연 음극 표면을 처리하기 때문에 고에너지밀도의 후막 전극에 급속충전을 해도 안정적인 성능 구현이 가능하다.
최정희 박사는 “편리한 급속충전과 리튬이온전지의 에너지밀도는 상충관계처럼 여겨져 전기차의 대중화를 막는 원인 중 하나로 작용해왔다”며 “이번 기술 개발로 전기차 보급 확대와 탄소중립 실현에 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.
한편 이번 연구는 국내와 미국에서 특허 등록됐다. 최근에는 재료공학 분야 국제 저명 학술지인 ‘Advanced Functional Materials’에도 논문이 게재됐다.
헬로티 이창현 기자 |
