2분만에 충전 가능한 고용량 '전기차 배터리'개발

2분만에 충전 가능한 고용량 ‘전기차 배터리’ 개발

뉴스1입력 2017-12-04 13:21수정 2017-12-04 14:22

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'수 나노미터 지르코늄 함유 혼합전이금속 산화층'을 가진 LMR 입자의 충전 전(왼쪽), 1회 충전 후(가운데), 20회 충·방전 후(오른쪽) 에너지 분산 X-선 분광 (STEM-EDS) 분석 결과 © News1

2분 내에 충전할 수 있는 전기자동차용 배터리를 국내 연구진이 개발했다.

4일 한국과학기술연구원(KIST)에 따르면 에너지융합연구단 오시형 박사 연구팀이 서울대 최장욱 교수 연구팀과 공동으로 고용량 배터리의 양극재로 사용되는 ‘과리튬망간 전이금속 산화물(LMR)’ 소재의 표면 열화 현상 한계를 극복한 새로운 양극재 개발에 성공했다. 연구진은 LMR 소재에 나노미터(㎛) 크기의 고이온전도성 표면층을 생성해 열화 현상을 해결했다. 


LMR 소재는 여타 상용화 양극재보다 에너지밀도가 높고 안전해 차세대 양극재로 주목받고 있다. 하지만 충·방전 간 결정구조가 불안정해지는 현상이 있어 상용화에는 어려움이 있었다. 이 현상은 주로 양극재 입자의 표면에서 일어나 표면 특성을 제어하는 것은 LMR 소재의 상용화를 좌우하는 핵심요소다.

연구진은 LMR 양극재 표면을 안정화해 빠른 리튬이온전달을 가능한 표면 구조를 만드는 공정을 개발했다. 공정 한 번으로 이온전도도가 높은 지르코늄 혼합산화물을 LMR 활물질 표면에 1~2 나노미터 코팅층으로 형성해 표면에서 원활한 리튬이온의 확산이 가능하게 하고 소재의 열화 현상을 억제하는 데 성공했다.

개발된 ‘수 나노미터 크기의 지르코늄 함유 혼합전이금속 산화층’이 생성된 양극재는 2분 이내의 고속 충·방전을 300회 이상 실시해도 초기의 우수한 특성을 그대로 유지했다. 전기자동차 배터리에 적용할 경우 충전 시간을 단축하고 주행거리를 높일 것으로 전망된다.  

오시형 박사는 “연구에서 확인된 양극재 합성 기법 및 개선 방안은 차세대 전기차 및 중·대형 에너지저장시스템(ESS)에 응용 가능한 다른 핵심 전극 소재 개발에도 새로운 해법을 제시할 것”이라고 전망했다.  

이 연구 결과는 지난 11월 16일 나노기술 분야 국제 학술지인 ‘나노 레터스(Nano Letters)’ 온라인판에 실렸다. 


(서울=뉴스1)

원문보기:
http://news.donga.com/NewsStand/3/all/20171204/87572107/1#csidx26a9baf707319259cb95f93fdc8f1a9