"충전 반복해도 긴 수명 전기차 배터리"…韓 양극소재 기술 개발

(서울=뉴스1) 윤주영 기자 = 한국과학기술연구원(KIST)은 원내 에너지저장연구센터 박정진 박사 연구팀이 전기차 주행거리를 늘리면서도 배터리 수명을 오래 유지할 수 있는 새로운 양극 소재 기술을 개발했다고 27일 밝혔다.

전기차가 한 번의 충전으로 멀리 가려면 고 에너지 배터리 요소인 니켈 성분이 필수적이다. 에너지 저장을 위해 니켈 함량을 높이는 추세지만, 니켈이 90%를 넘어서는 하이니켈 양극재는 충·방전을 반복할수록 내부 구조가 부풀거나 급격히 수축하며 수명이 빠르게 줄어드는 문제가 있다. 고성능 전기차 보급의 주요한 걸림돌로 작용했다.

연구팀은 배터리 내부 구조가 쉽게 무너지지 않도록 새로운 설계 기술을 개발했다. 배터리 초기 구동 과정에서 전기를 통해 원자 배열을 재구성, 내부 층과 층 사이를 지탱하는 '원자 기둥'을 형성해 구조 붕괴를 억제한 것이다.

이를 통해 고니켈 양극 소재에서도 내부 균열 발생이 크게 줄어들었고 장시간 안정적인 구조를 유지할 수 있었다.

실험 결과, 기술이 적용된 배터리는 100회 충·방전 이후에도 초기 성능의 92% 이상을 유지하며 기존 고니켈 소재보다 뛰어난 내구성을 보였다. 또 별도의 첨가제나 복잡한 공정 없이 구조적 안정성을 확보한 것도 장점이다. 제조 공정을 단순화할 수 있어 배터리 생산 비용을 낮출 것으로 기대된다.

연구 성과는 고니켈 양극 소재 전반에 적용할 수 있어, 향후 다양한 전기차 배터리 시스템에 활용될 것으로 보인다. 에너지저장장치(ESS) 등 고성능·장수명 배터리가 요구되는 분야로의 확장을 통해 차세대 배터리 시장에서 한국의 기술 경쟁력 강화를 뒷받침할 전망이다.

박정진 KIST 박사는 "배터리 손상의 근본 원인을 원자 수준에서 규명하고 이를 전기화학적 방법으로 해결했다는 점에서 의의가 있다"며 "전기차용 배터리 적용을 위한 상용화 가능성을 검토하고 있다. 후속 연구를 통해 실제 활용으로 이어가겠다"고 말했다.

연구는 과학기술정보통신부 지원을 받아 KIST 주요사업 및 우수신진연구, 글로벌 톱 전략연구단 지원사업 등 일환으로 수행됐다. 성과는 지난해 11월 27일 국제 학술지 '네이처 에너지'에도 게재됐다.

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