"빠른 충전속도에 용량도 확대…배터리용 유기음극 개발"

(울산=연합뉴스) 김용태 기자 = 고속 충전 배터리 소재의 한계였던 용량과 가격 경쟁력을 키운 유기 음극 소재를 국내 연구진이 개발했다.

울산과학기술원(UNIST)은 에너지화학공학과 강석주 교수팀이 한국과학기술연구원(KIST) 안석훈 박사팀과 함께 리튬이온배터리용 고결정성 유기 음극 소재를 개발했다고 19일 밝혔다.

겨울철에는 전기차 배터리의 충전 속도가 느려지는데, 배터리 음극 내 리튬이온의 확산 속도가 둔화하기 때문이다.

이에 빠른 충전이 중요한 전기버스 등에서는 음극 소재로 흑연 대신 리튬타이타네이트(LTO·Lithium Titanium Oxide) 소재가 들어간 배터리를 사용한다.

그러나 LTO는 흑연보다 용량이 절반 수준으로 작고 가격도 비싸다는 단점이 있다.

연구팀은 LTO 소재보다 최대 용량이 1.5배 더 큰 고결정성 유기 음극 소재 'Cl-cHBC'를 개발했다.

유기 소재는 가격도 싸고 가볍다는 장점이 있지만, 결정성이 떨어져 고온 후처리를 통해 결정성을 높여야 한다.

연구팀은 반용매화 공정을 통해 낮은 온도에서도 고결정성을 보이는 유기 음극 소재를 합성하는 데 성공했다.

반용매화 공정은 용해도가 낮은 용매를 추가로 넣어 용질을 결정화시키는 방식이다.

이 소재는 빠른 리튬이온 확산 속도와 높은 전기 전도도를 보였는데, 결정성이 높아질수록 이온과 전자가 이동하는 길이 반듯해지는 것과 같은 효과를 얻기 때문이라고 연구팀은 설명했다.

이 덕분에 빠른 충전 속도와 출력 성능도 확보하게 됐다. 결정성이 높을수록 수명도 길어진다.

다양한 양극 소재와 짝을 이뤄 배터리를 제작했을 때 안정적인 성능을 보였다.

특히 LFP 양극 소재와 결합했을 때 높은 방전 전압(3.0V)을 보였는데, LTO 음극 소재를 썼을 대보다 약 67% 향상된 성능이다.

수입 전기차에 주로 사용되는 LFP 양극 소재 배터리는 가격 경쟁력은 뛰어나지만 방전 전압, 즉 출력이 떨어지는 단점이 있다.

연구팀 관계자는 "개발된 소재는 고온 후처리 공정 없이 저온에서 합성할 수 있어 상용화 시 가격 경쟁력을 추가로 확보할 수 있을 것"이라며 "가볍고 출력이 높은 특성 때문에 전기차뿐만 아니라 드론 등 분야에서도 응용이 기대된다"고 말했다.

이번 연구 결과는 에너지 소재 분야 국제 학술지 'ACS 나노'(ACS Nano)에 게재돼 지난달 21일 출판됐다.

연구는 한국연구재단, 한국과학기술연구원, 과학기술사업화진흥원의 지원을 받았다.

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제보는 카카오톡 okjebo<저작권자(c) 연합뉴스, 무단 전재-재배포, AI 학습 및 활용 금지> 2025/02/19 11:11 송고