고출력 특성 구현 이차전지 양극 소재 비밀 밝혀
19일 포스텍에 따르면 신소재공학과 강병우 교수 연구팀이 전극 물질의 입자 크기를 줄이지 않아도 획기적으로 충·방전 시간을 단축해 고출력을 낼 수 있다는 사실을 처음으로 밝혀냈다.
연구 성과는 재료 분야 국제 학술지인 ‘에너지 엔 인바이러먼털 사이언스’ 최근호에 게재됐다.
지금까지는 이차전지의 빠른 충·방전을 위해 전극 물질의 입자 크기를 줄이는 방법이 주로 사용됐다.
하지만 입자 크기를 줄이면 이차전지의 부피 에너지 밀도가 줄어드는 단점이 있었다.
연구팀은 충·방전 상변이 과정에 중간상을 형성시키면 입자 크기를 줄이지 않고 고에너지 밀도의 손실을 막을 수 있다는 점을 발견했다.
상변이는 충·방전 시 리튬이 삽입·탈리되면서 물질의 기존 상이 새로운 상으로 변하는 과정을 말한다.
연구팀이 개발한 합성법을 이용하면 입자 안에 있는 두 상 사이의 부피 변화를 획기적으로 줄일 수 있는 중간상을 유도할 수 있다.
또 중간상의 형성을 통해 전극 내의 수많은 입자들이 충·방전할 때 균일한 전기 화학 반응을 일으켜 전지의 충·방전 속도를 획기적으로 높일 수도 있다.
현재 50kwh급 이상의 대용량 전기차 배터리를 80%까지 충전하는 데 1시간 안팎이 걸리나 연구팀이 합성한 이차전지 전극은 6분 만에 90%까지 충전되고, 18초 이내 54%를 방전하는 성능을 나타낸다.
강병우 교수는 “빠른 충·방전, 높은 에너지 밀도, 오랜 성능 유지 시간 등을 모두 충족시킬 수 있는 이차전지를 개발할 수 있는 기반을 마련했다”고 설명했다.
한편 이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업 및 방사선기술개발사업의 지원으로 수행됐다.
김웅희 기자 woong@idaegu.com