선양국(사진) 한양대 에너지공학과 교수 연구팀이 코발트가 함유되지 않은 리튬이온 배터리 양극재 개발에 성공했다. 글로벌 공급망 리스크로 높은 원자재 가격과 특정 국가에 대한 지나친 의존도가 문제로 제기되는 가운데 이번 연구 결과가 차세대 배터리 시장을 선점할 수 있는 핵심 기술로 자리잡을 것이라는 기대가 나온다.
6일 한양대는 선 교수의 연구 결과가 에너지 분야의 세계 최고 권위 학술지 ‘네이처에너지’에 게재됐다고 밝혔다. 코발트는 현재 배터리 시장의 큰 축을 담당하고 있는 니켈·코발트·망간(NCM)과 니켈·코발트·알루미늄(NCA) 등 제품 양극재 소재의 핵심 원료다.
하지만 코발트를 중국이 장악한 상황에서 가격 또한 지속적으로 상승하고 있어 코발트를 차세대 리튬이온 배터리 구성에서 제거하는 것이 학계와 산업계 전반의 핵심 과제로 떠올랐다. 이에 선 교수팀은 코발트가 제거된 양극재의 균열 현상을 해결하는 데 초점을 두고 연구를 진행했다.
먼저 입계 균열 현상과 입내 균열 문제를 한 번에 해결할 수 있는 ‘방사형 막대 형상의 결정립’을 구축했다. 이와 더불어 코발트가 없는 양극재의 결정구조적 불안정성을 해소할 수 있는 리튬과 전이 금속의 ‘교대 배열 결정구조’를 구현했다. 이번 ‘무(無)코발트’ 양극재는 반복적인 고속 충전에도 높은 용량 유지율과 안정성을 보였다. 1회 충전으로 700~800㎞ 주행이 가능하고 20년간 전지를 사용해도 성능이 유지될 것으로 예측됐다.
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