[뉴시안=이민정 기자] 국내 연구진이 고속충전이 가능한 전기차용 전지를 개발해냈다.

2일 한국과학기술연구원(KIST) 에너지저장연구단 이중기 박사팀은 급속 충전·방전 조건하에서도 고용량과 긴 수명을 보장하는 신개념 리튬 이차전지 음극 소재를 개발했다고 밝혔다.

전기자동차에 쓰는 리튬이온전지(lithium ion battery)는 밀도가 높아 가벼운데다 고용량 전지를 만드는데 유리해 전기자동차용 전원으로 개발되고 있다.

그러나  기존 자동차의 간편한 주유에 비해 충전하는 데 오래 걸리고 충전과 방전 과정이 거듭되면 성능이 현저히 떨어지는 문제를 안고 있었다. 

이런 문제를 해결하기 위해 산업계에서는 급속충전이 가능하고 오랫동안 성능을 유지할 수 있는 우수한 효율의 소재 개발에 애써왔다. 그러던 차에 이번에 오래 사용해도 고용량과 고출력을 유지하는 리튬이온전지용 음극 신소재를 개발해낸 것이다. 

이 음극 신소재는 탄성이 우수해 충·방전 시 발생하는 부피팽창을 극복할 수 있다. 또 반도체 접합 구조 계면은 전극 내 전하가 걸려있을 때 이동하는 리튬이온과 전자의 이동속도를 가속시켜 고출력, 고용량이 가능해진다. 

이 원리를 전지에 적용하면 충?방전 시 단위시간 당 이동하는 리튬이온 속도를 증가시키면서도 계면저항을 최소화함으로써 급속충전에다 긴 시간 고용량 상태를 유지할 수 있게 되는 것.

실제로 실험해봤더니 리튬이온전지용 음극재는 충·방전 시간이 50분에다 약 5000회를 반복해도 97.18%의 성능(기존 이차전지 대비 약 3배)을 유지했다.

또한 급속 충·방전 시간인 4분으로 실험했을 때, 기존 이차전지에 대비해 1.5배 성능을 보였고, 충·방전 350회 반복에도 성능은 99% 이상 유지하는 결과를 얻어냈다.  

전기차와 드론, 근력증강 로봇 등에도 활용될 수 있어

이중기 KIST 박사는 “본 연구에서 개발된 반도체 접합 구조 계면특성을 가진 리튬이차전지 음극재 합성 기법 및 개선 방안은 차세대 급속 충전용 전기자동차 및 드론, 근력증강 로봇 등 전원설계에 응용이 가능하다”며 “다른 무선 이동원의 핵심 장치 설계에 새로운 접근방법을 제시할 것으로 보인다”고 밝혔다. 

이번 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 기관 고유사업, 한국연구재단 중견연구자 사업으로 이루어졌다. 연구 결과는 국제 학술지인 ‘ACS Nano’(IF: 13.942, JCR 분야 상위 3.082%) 최신호 온라인 판에 실렸다.