국내 연구진이 한번 충전으로 1000㎞를 주행할 수 있는 새로운 전기차 배터리의 고질적 문제를 해결할 실마리를 찾아 상용화 가능성을 높였다.
울산과학기술원(UNIST)은 이현욱 에너지화학공학과 교수 연구팀이 배터리 양극 신소재인 과리튬의 산소 발생 원인을 규명하고 이를 해결할 소재 설계 원리를 제시했다고 19일 밝혔다. 연구성과는 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스’에 지난달 19일 게재됐다.
과리튬은 4.5V 이상의 고압 충전을 통해 기존보다 30~70% 더 많은 에너지를 저장할 수 있는 배터리 양극 소재다. 전기차 주행거리로 환산하면 1회 충전 기준 1000㎞다. 하지만 충전 과정에서 소재 내부에 있는 산소가 산화해 기체로 방출되는 고질적 문제가 있다. 산소 기체로 인해 배터리에 불이 붙고 폭발할 위험이 커지는 것이다.
연구팀은 과리튬을 이루는 전이금속 일부를 전기음성도가 더 낮은 다른 전이금속으로 대체하는 방법을 제안했다. 금속 간 전기음성도 차이에 따라 산소를 내뿜는 산화환원 반응의 원리를 조절해 과리튬 내부의 산소가 산화하지 않도록 하는 것이다.
연구팀은 가속기 기반의 X선 분석 실험을 통해 전이금속인 루테늄의 일부를 니켈로 치환한 결과 산소 기체 발생량이 크게 줄었음을 확인했다고 전했다. 또 이를 통해 배터리 무게당 저장할 수 있는 에너지, 즉 에너지 밀도도 높일 수 있다고 설명했다.
이 교수는 “다양한 실험과 이론분석으로 기술을 라이브러리화해 양극재 연구자들에게 소재 개발 방향성을 제시했다”며 “에너지 밀도를 높인 폭발 없는 장거리 주행 배터리 소재 개발에 도움이 될 것”이라고 말했다. 이번 연구에는 한국과학기술원(KAIST), 중앙대, 포항가속기연구소, 미국 UCLA, UC버클리대학, 로렌스버클리연구소 연구팀도 참여했다.
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