KAIST, 용량 25% 큰 배터리 소재 개발…전기차 주행거리 향상 기대

한국과학기술원(KAIST)은 조은애 교수 연구팀이 기존 배터리 양극재보다 용량이 25% 이상 크면서도 안정적인 차세대 리튬 배터리 소재를 개발했다고 3일 밝혔다.
전기자동차 주행거리를 늘리려면 배터리를 많이 탑재해야 하는데 이는 가격 상승의 원인이 된다.
기존 전기차 배터리에는 주로 니켈 함량이 높은 `하이니켈` 양극 소재가 사용되는데, 1g당 용량이 200mAh(밀리암페어시)이다.
연구팀은 가용 용량이 250mAh로, 기존 하이니켈 소재보다 25% 많은 에너지를 저장할 수 있는 리튬 과잉 양극 소재를 대안으로 제시했다.
하지만 리튬 과잉 양극 소재는 첫 충전과 방전 사이 시기에 산화물을 구성한 산소가 돌이킬 수 없는(비가역적인) 환원 반응을 일으키면서 빠져나가는 문제가 있다.
리튬 과잉 양극 소재는 산소 이온의 산화·환원 반응을 이용해 용량을 높여야 하는데, 이 문제는 산화물 양극재의 구조를 무너뜨리고 배터리 성능을 떨어뜨리는 원인이 된다.
연구팀은 양극 소재 표면에 바나듐 이온을 첨가해 문제를 해결했다.
바나듐을 첨가한 리튬 과잉 양극 소재의 첫 충·방전 시 가역성이 81%로, 순수 리튬 과잉 양극 소재(69%)보다 높게 나타났다.
조은애 교수는 "첨가된 바나듐 이온이 양극 소재 내 산소 이온의 전자구조를 변화시켜 충·방전 시 가역적인 산화·환원 반응이 가능하도록 돕는 원리"라며 "공정이 비교적 간단해 대량생산도 가능하다"고 말했다.
이번 연구 결과는 국제 학술지 `어드밴스드 사이언스`(Advanced Science) 지난 1월 29일 자 온라인판에 실렸다.
(사진=연합뉴스)