6분 만에 전기자동차를 90% 충전할 수 있는 기술이 공개됐다. 이는 전세계적으로 전기차 시장의 빠른 확대 추세 속에서 느린 충전 속도와 낮은 출력이 걸림돌로 지적돼 온 가운데 업계 큰 반향을 불러 일으킬 수 있을 것으로 보인다.
포항공과대학교(포스텍) 신소재공학과 강병우 교수는 성균관대 에너지학과 윤원섭 교수팀과 함께 더 빨리 충전되고 오래 유지되는 전기차 전지 소재를 개발했다고 19일 밝혔다.
이번 연구결과는 재료과학 분야 국제학술지 '에너지와 환경과학'(Energy & Environmental Science)에 실렸다.
지금까지는 2차전지(전기차 배터리)의 빠른 충·방전을 위해 전극 물질 입자 크기를 줄이는 방법이 이용됐다. 그러나 입자 크기를 줄이면 이차전지 부피 에너지 밀도가 줄어드는 단점이 있었다.
연구팀은 입자 크기를 줄이지 않고도 충·방전 상변이 과정에 중간상을 형성시키면 에너지 밀도의 손실 없이도 빠른 충·방전과 고출력이 가능하다는 사실을 밝혀냈다. 뿐만 아니라 오래가는 이차전지의 개발 가능성도 확인했다.
상변이 과정은 전극 물질 중 상전이 물질에서 일어나는 현상으로 충·방전 시 리튬이 삽입·탈리되면서 물질 기존 상이 새로운 상으로 변하는 과정을 가리킨다.
연구팀이 개발한 합성법을 이용하면 입자 안에 있는 두 상의 부피변화를 줄이는 완충역할의 중간상을 유도할 수 있다.
이를 통해 전극 내 수많은 입자들이 균일한 전기화학 반응을 일으켜 충방전 속도를 획기적으로 증가시킬 수 있다는 게 연구팀의 설명이다. 연구팀이 합성한 2차전지 전극은 6분 만에 90%까지 충전되는 것으로 확인됐다.
강병우 포스텍 신소재공학과 교수는 "이번 연구성과는 기존의 입자 크기를 줄이는 접근방식에서 벗어나 빠른 충방전이 가능하고 높은 에너지 밀도를 유지하면서 성능 유지시간도 길게 하는데 성공했다"라고 말했다.
신현아 한경닷컴 기자 sha0119@hankyung.com
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