광주과기원ㆍMIT 공동연구 개발
휴대폰 적용 수명 2배↑ 무게 절반↓
한 번 충전으로 300㎞를 달릴 수 있는 전기자동차용 리튬이온 배터리가 개발됐다.
광주과학기술원(GIST) 엄광섭 교수와 미국 매사추세스공과대(MIT) 전자공학연구소 이정태 박사 등 공동 연구팀은 현재 사용되고 있는 리튬이온 배터리보다 용량이 4배, 수명은 2배 이상 늘어난 새로운 리튬이온 배터리를 개발했다고 10일 밝혔다.
연구팀에 따르면 이 배터리는 1g 당 저장 용량이 약 500mAh으로 기존 배터리(100~150mAh)보다 4배 가량 크고, 2볼트(V)의 전압을 사용했을 때 에너지 밀도도 2배 이상 증가했다.
리튬이온 배터리는 리튬이온이 양극과 음극 사이를 오가면서 충전과 방전을 하는 에너지 저장 시스템(2차 전지)이다. 전기에너지를 발생시키고 소멸시키는 충ㆍ방전 용량을 늘리려면 전극에 축적되는 리튬이온을 늘려야 하는데, 연구팀은 양극에 황과 셀레니움(Se), 음극에 리튬과 실리콘 재료를 사용해 음극의 이온량 및 전기전도도 감소를 방지했다.
연구팀은 “이번에 개발한 배터리의 경우 1,500회 충ㆍ방전을 반복해도 성능이 80% 이상 유지됐다”며 “이 배터리를 전기차용으로 상용화하면 한 번 충전으로 약 300㎞를 주행할 수 있다”고 설명했다. 연구팀은 또 이 배터리를 휴대폰에 사용할 경우 4년 동안 배터리 성능 감소율이 20% 미만에 불과해 수명이 2배 가량 늘면서 배터리 무게는 절반 수준으로 줄어들 것으로 내다봤다. 이번 연구와 관련된 논문은 국제학술지 네이쳐의 자매지인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 1월 5일 온라인 판에 게재됐다.
엄 교수는 “리튬이온 전극 재료에 첨가되는 물질의 종류와 양의 조절, 전해질 안정성 연구 등 추가적인 최적화 연구를 통해 용량을 1.5배, 수명을 2배 이상 추가로 향상시킬 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
안경호 기자 khan@hankookilbo.com
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