국내 연구진이 전기차의 주행거리를 크게 늘릴 수 있는 배터리용 양극재 신기술을 개발했다. 연구진은 기술 고도화를 통해 주행거리 1000㎞ 구현에 앞장서겠다는 방침이다.
대구경북과학기술원(DGIST)은 박경수 화학물리학과 교수와 박광진 가천대 기계공학과 교수 공동 연구팀이 새로운 니켈·코발트·망간(NCM) 양극재를 개발했다고 5일 밝혔다. 연구 성과는 국제학술지 ‘ACS 나노’에 지난달 21일 게재됐다.
양극재는 현재 널리 쓰이는 리튬이온 배터리의 핵심 부품이다. 리튬이온을 저장하고 전기에너지를 전달하는 역할을 하며 배터리 용량·수명·출력·안정성 등 주요 성능에 영향을 미친다.
NCM 양극재는 니켈의 물질 특성 덕에 기존 리튬코발트산화물(LCO) 양극재보다 더 많은 전기에너지를 저장할 수 있다. 이는 배터리 용량을 키워 전기차 주행거리를 늘리는 효과로 이어진다. 다만 양극재의 니켈 함량을 키우면 배터리 충·방전 과정에서 입자 균열이 발생해 용량이 급감한다는 문제가 있다. 다량의 가스 배출로 인한 안전 문제 역시 존재한다.
연구팀은 NCM 양극재의 이 같은 단점을 개선하고 투과 전자 현미경 분석 및 표면 분석 기술 등 고도의 분석 기법을 활용해 양극재 내부의 변화를 관찰했다. 이를 통해 낮은 초기 충전 전압에서 표면에 나노 크기의 공극이 형성되며 이로 인해 배터리 성능이 저하된다는 사실을 밝혀냈다. 연구팀은 초기 전압을 높이는 비교적 간단한 방법으로 문제 해결에 성공했다.
박 교수는 “불분명했던 NCM 양극재의 성능 저하 원인을 원자 수준에서 규명했다”며 “양극재의 고용량과 고안전성을 확보할 수 있는 방안을 제시했으며 이를 기반으로 차세대 리튬이온 배터리 개발에 기여할 것”이라고 말했다.
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