윤성훈 중앙대 교수, 차세대 배터리 양극소재 개발…"주행거리 20% 향상"

4.5V급 고전압 삼원계 하이 니켈 양극활물질
"신공정으로 비용량·사이클 수명 획기적 개선"
1회 충전 주행가능 거리 20% 이상 향상 기대
  • 등록 2022-11-24 오전 10:57:24

    수정 2022-11-24 오전 10:57:24

[이데일리 김은경 기자] 전기자동차 등에 사용하는 리튬이온전지의 성능을 대폭 높이는 양극소재가 개발됐다. 이 소재를 전기차 이차전지(배터리)에 적용하면 1회 충전 시 주행할 수 있는 거리를 현재 대비 20% 늘릴 수 있다는 분석이다.

윤성훈 중앙대학교 융합공학부 교수와 김용민 성균관대학교 에너지과학과 교수 공동 연구팀은 ‘기능성 독립 기공 구조를 가진 삼원계 하이 니켈 양극 활물질’을 세계 최초로 개발했다고 24일 밝혔다.

윤성훈 중앙대학교 융합공학부 교수.(사진=중앙대학교)
윤 교수 연구팀이 개발한 기술은 ‘간헐 침전 전구체 제조 신공정’이다. 중대형 리튬이온 이차전지의 차세대 양극활물질로 주목받는 ‘4.5볼트(V)급 고전압 삼원계 하이 니켈(80% 이상) 양극활물질’의 비용량과 사이클 수명을 획기적으로 개선한 것이 특징이다.

윤 교수는 “전구체 단계부터 기능성 독립 기공 구조를 입자 내에 설계·도입해 획기적 성능 개선을 성공적으로 얻어냈다”고 말했다.

연구 결과에 따르면 기존 기술 대비 비용량이 크게 향상됐으며 고전압 양극활물질의 고질적 문제인 사이클 수명이 기존 소재보다 60% 이상 개선됐다. 연구팀에 따르면 이 소재가 적용된 배터리 팩이 배터리 전기차에 적용하면 1회 충전 주행가능 거리가 20% 이상 향상될 것으로 전망된다.

윤 교수는 “뛰어난 성능 개선에도 기존의 공침 반응기를 그대로 사용해 만든 신공정으로 양산성이 우수하고 기술 적용에 의한 제조 비용이 기존과 거의 유사한 기술로 조기 상용화가 기대된다”며 “고전압 삼원계 하이 니켈 양극재 중 드물게 실용화에 근접한 소재로 평가할 수 있다”고 강조했다.

이 연구 결과는 화학소재·공학 관련 권위지인 ‘화학공학 저널’(Chem. Eng. Journal, IF =16.744)에 게재 승인을 받았으며 한국연구재단 중견 핵심 연구과제의 지원으로 얻어진 성과다.

기능성 독립 기공 구조가 들어간 ‘4.5 V급 고전압 삼원계 하이 니켈(80% 이상) 양극활물질’ 제조 공정과 구조 모식도.(사진=중앙대학교)


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