GIST, 12분 만에 전기차 완충하는 초고속 충전 기술 개발

(광주=뉴스1) 조영석 기자 = 전기자동차 보급이 확대되면서 충전 시간은 짧은 배터리에 대한 수요가 증가하고 있는 가운데 국내 연구진이 12분 만에 완전 충전이 가능한 초고속 충전 기술을 개발했다.

광주과학기술원(GIST)은 차세대에너지연구소 엄광섭 소장(신소재공학과 교수) 연구팀이 리튬금속전지의 충전 속도와 안정성을 향상시키는 기술을 개발했다고 1일 밝혔다.

차세대 배터리로 주목받는 리튬금속전지는 기존 리튬이온전지보다 이론적으로 약 2배 높은 에너지 밀도를 구현할 수 있지만 충·방전 과정에서 '리튬 수지상 결정(덴드라이트)'이 발생, 배터리의 수명과 안전성을 크게 저하시킨다.

연구팀은 리튬이 음극 표면에 고르게 쌓이지 않고 나뭇가지처럼 뾰족하게 자라는 덴드라이트 현상이 배터리 성능을 좌우한다는 점에 주목, 리튬이 구조체 내부에서부터 균일하게 쌓이도록 유도하는 3차원 구조체를 설계했다.

그 결과 기존 리튬이온전지보다 에너지 저장 밀도가 2배 이상 높아지고, 충전 속도를 크게 단축해 약 12분 만에 완전 충전이 가능한 초고속 충전 성능을 구현했다.

기존의 구리 집전체 기반 리튬 음극이나 일반적인 다공성 구조체는 약 80회 충·방전 이후 성능이 급격히 저하되는 반면, 연구팀이 설계한 구조는 200회 이상 반복 사용 후에도 초기 용량의 94.7%를 유지했다.

충·방전 과정에서 발생하는 부피 팽창도 관찰되지 않아, 고속 충전 환경에서도 안정성을 입증했다.

엄광섭 교수는 "현재 사용되는 리튬이온전지 대비 2배 이상의 에너지 저장 밀도를 갖는 리튬금속전지가 상용화될 경우, 전기자동차와 항공 모빌리티의 주행거리를 2배 이상 늘리고 약 12분 수준의 초고속 충전이 가능한 기술로 발전할 것으로 기대된다"고 말했다.

엄 소장이 지도하고 조진현 박사(제1저자)가 수행한 이번 연구 결과는 재료과학 에너지 분야의 권위 있는 국제학술지 'Energy & Environmental Materials'에 3월 29일 온라인 게재됐다.

기술이전 관련 협의는 기술사업화실을 통해 진행할 수 있다.

kanjoys@news1.kr