전기차 배터리 성능 높인다···양극소재 개발

[이데일리 강민구 기자] 전기자동차의 주행거리를 향상시키는데 필요한 대용량 리튬이온배터리에 접목할 수 있는 연구 결과가 나왔다.

한국연구재단은 강기석 서울대학교 교수 연구팀이 리튬 과잉 양극소재에서 나타나는 전압강하와 수명저하의 원인을 찾고, 이를 보완할 양극소재를 개발했다고 21일 밝혔다.

신소재의 충방전시 가역적인 구조변화로 인한 전기화학적 성능 향상.<자료=한국연구재단>

리튬이온배터리는 리튬산화물로 된 양극에서 나온 리튬이온이 양극과 음극을 오가면서 전기를 만든다. 배터리 용량을 늘리려면 양극소재가 필요하고, 배터리 수명을 늘리려면 충·방전에도 구조변화가 적은 음극소재가 필요하다.

리튬 과잉 양극소재는 리튬이 과량 함유된 차세대 양극 소재이다. 산소층을 사이에 두고, 전이금속층과 리튬층이 번갈아 나타나는 구조를 갖고 있다. 전이금속층에도 리튬이 함유돼 가용 리튬의 양이 많아 높은 에너지밀도를 구현할 수 있다.

그동안 차세대 양극소재로 비싼 코발트 사용을 최소화할 수 있는 하이·니켈 소재가 주목받았다. 하지만 리튬 과잉 소재에 비해 배터리 용량을 늘리는데 한계가 있었다.

연구팀은 충전과정에서 전이금속 이온이 리튬층 내 원래 자리를 이탈하고 복귀하지 않아 소재의 구조 붕괴를 야기해 전압강하와 수명저하로 이어지는 것을 알아냈다.

이어 연구팀이 재배열한 양극신소재를 적용한 결과, 반복된 충·방전에도 초기의 재료구조를 안정적으로 유지했다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 머티리얼즈(Nature Materials)’에 21일자로 게재됐다.