KAIST 최장욱 교수, 기존 배터리보다 출력 5배·수명 3배 리튬이온 전기 개발

[아시아경제 정종오 기자]전기자동차의 가속 성능을 높여줄 새로운 리듐이온 이차전지가 개발돼 관심을 모으고 있다. 나노기술을 이용해 고출력은 물론 수명이 훨씬 길어진 리튬이온 이차전지가 개발됐다.

KAIST EEWS 대학원 최장욱(37) 교수 연구팀은 27일 기존 리튬이온 이차전지보다 출력은 5배 이상 높고 수명은 3배 이상 길어진 리튬이온 이차전지 양극소재를 개발하는 데 성공했다고 발표했다. 그동안 배터리 성능이 모터의 출력을 따라가지 못해 내연기관 보다 가속할 때 굼뜨는 단점이 있었던 기존 전기자동차에 이 배터리를 적용할 경우 가속성능이 획기적으로 개선될 것으로 기대하고 있다.

차세대 지능형 전력망인 스마트 그리드와 전동 공구 등 고출력 배터리를 필요로 하는 분야에도 다양하게 활용될 수 있을 것으로 전망된다. 현재 가장 널리 상용화된 리튬이온 이차전지용 리튬-코발트계 양극소재는 ▲비싼 가격 ▲강한 독성 ▲짧은 수명 ▲긴 충전 시간 등의 단점이 있었다.

이번에 개발된 리튬-망간계 양극소재는 풍부한 원료, 저렴한 가격, 친환경성 등과 같은 장점을 갖고 있고 특히 고온 안정성이 뛰어나고 높은 출력을 낼 수 있다. 순수 리튬망간계 양극소재는 수명이 평균 1~2년 정도에 불과할 정도로 매우 짧은 단점이 지적돼 왔다.

최 교수 연구팀은 망간산화물이 만들어지기 직전 나노소재를 합성하는 단계에서 반응온도를 조절해 결정면의 구조를 분석한 결과 220℃에서 망간이온의 용출이 억제되는 결정면과 리튬이온 이동을 원활하게 하는 면이 동시에 존재한다는 사실을 발견했다.

각각의 결정면은 수명과 출력을 동시에 좋게 해 출력은 5배 이상 향상되면서 수명은 3배 이상 높아졌다. 기존에 가장 취약하다고 알려진 고온 수명 특성은 10배 이상 좋아지는 것을 확인했다.

최장욱 교수는 "배터리에 10 마이크로미터 수준의 덩어리 입자로 존재했던 리튬망간계 양극소재를 수백 나노 수준에서 결정면을 제어함으로써 출력과 수명을 모두 획기적으로 개선했다"며 "관련 기술에 대해 국내외 특허 출원을 완료했고 앞으로 기업과 연계해 2~3년 내 상용화할 계획"이라고 밝혔다.

이번 연구 성과는 나노과학분야 세계적 권위지 '나노 레터스(Nano letters)'지 온라인판(11월 27일자)에 발표됐다.

정종오 기자 ikokid@
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