상용화가 이뤄지면 전기차의 가장 큰 단점인 짧은 주행거리는 물론 잦은 휴대폰 배터리 충전 불편을 없앨 수 있어 주목된다.
한국기계연구원은 24일 현승민 기계연구원 나노역학연구실 박사와 이후정 성균관대 교수 공동연구팀이 고용량, 장수명의 특징을 보이는 리튬이온 배터리 음극 전극재료 개발에 성공했다고 밝혔다.
개발된 기술은 실리콘의 부피팽창을 막아 장시간 사용할 수 있도록 한 것이 핵심이다. 실리콘은 기존 리튬이온 배터리의 음극소재인 탄소계열 소재보다 최대 10배에 가까운 3,500mAh/g의 용량을 지녔지만 충·방전시 리튬과 반응해 400% 이상 부피변화로 실제 이용에는 한계를 보였다.
연구팀은 리튬과 반응하지 않는 철과 티타늄을 실리콘과 적정 비율로 합금해 실리콘 재료의 팽창을 막는데 성공했다.
상용화 가능성도 열었다. 연구팀은 새 전극재료를 코인 셀로 제작해 500사이클 이상 충·방전이 진행돼도 고용량이 유지되는 것을 확인했다. 바로 충전한 용량이 직전 충전 용량대비 비율인 쿨롱효율이 99.3% 이상 우수한 성능을 보였다.
현승민 기계연 박사는 “이번에 개발된 실리콘 합금 음극재료는 충·방전 시 전이금속의 미세구조 변화를 이용해 기존 실리콘 부피 팽창 문제를 해결한 것”이라며 “배터리의 음극 재료 개발뿐만 아니라 양극, 전해질, 분리막 등 다른 핵심소재의 기술개발도 속히 이뤄져 고용량, 장수명의 배터리가 상용화되길 바란다”고 말했다.
한편 이번 연구결과는 에너지물질분야 국제학술지인 ‘Advanced Energy Materials’ 온라인판에 지난달 게재됐으며 현재 국내·외 특허출원을 준비하고 있다.