2024 | 03 | 29
9.8℃
코스피 2,746.63 0.81(0.03%)
코스닥 905.50 4.55(-0.5%)
USD$ 1347.5 -3.5
EUR€ 1453.1 -4.4
JPY¥ 890.5 -1.9
CNY¥ 185.8 -0.3
BTC 100,057,000 441,000(-0.44%)
ETH 5,061,000 35,000(-0.69%)
XRP 900.2 15.2(1.72%)
BCH 899,800 86,900(10.69%)
EOS 1,600 89(5.89%)
  • 공유

  • 인쇄

  • 텍스트 축소
  • 확대
  • url
    복사

지스트, 전기차 주행거리 2배 늘릴 리튬이온 배터리 개발

  • 송고 2017.01.10 17:25 | 수정 2017.01.10 17:26
  • 강승혁 기자 (kang0623@ebn.co.kr)

실리콘 음극·황 양극 이용한 배터리 개발…1회 충전으로 300km 주행 가능

지스트 엄광섭 교수 및 미국 MIT·조지아 공대 연구팀, 네이처 커뮤니케이션즈 게재

지스트(GIST) 엄광섭 교수(신소재공학부)와 MIT 전자공학연구소 이정태 박사 등 공동 연구팀이 개발한 신규 배터리의 안정성 향상을 위한 아이디어에 대한 간략한 모식도.ⓒ지스트

지스트(GIST) 엄광섭 교수(신소재공학부)와 MIT 전자공학연구소 이정태 박사 등 공동 연구팀이 개발한 신규 배터리의 안정성 향상을 위한 아이디어에 대한 간략한 모식도.ⓒ지스트

지스트(GIST)는 엄광섭 교수(신소재공학부)와 MIT 전자공학연구소 이정태 박사 (이상 공동 제1저자) 등 공동 연구팀이 현재 사용되고 있는 리튬이온 배터리보다 용량이 4배, 수명은 2배 이상 늘어난 새로운 리튬이온 배터리를 개발했다고 10일 밝혔다.

이 배터리가 상용화되면 1회 충전 시 전기자동차의 최대 주행거리는 약 300㎞까지 늘어나고 휴대전화 배터리의 경우 수명은 2배가량 늘어나면서 무게는 절반 수준으로 줄어들 것으로 전망된다.

현재 상용 리튬이온 배터리의 전극 재료로는 그라파이트(음극)와 리튬금속산화물(양극)이 사용되고 있다. 두 재료 모두 에너지 저장 용량이 상대적으로 낮고 현재 기술로는 이론 용량에 거의 도달해 주로 단거리 주행용으로 사용되고 있는 전기자동차의 전기 저장 용량을 증가시키는 데 한계에 직면한 상황이다.

전기자동차의 주행거리를 늘리기 위해서는 많은 양의 배터리를 장착하면 되지만, 차체 무게가 증가하고 자동차 연비가 감소하기 때문에 배터리 추가 장착만으로는 주행거리를 늘리는 데 한계가 있다. 따라서 무게 및 부피당 전기 저장 용량이 큰 새로운 전극재료를 이용해 신규 배터리를 개발해야 한다.

연구팀은 리튬/실리콘(음극)과 황/셀레니움(양극)을 이용해 현재의 리튬이온 배터리보다 무게 당 용량이 4배 이상(에너지 밀도 2배 이상), 수명이 2배 이상인 신규 리튬이온 배터리를 개발했다.

연구팀은 리튬이온 배터리의 새로운 전극 재료로서 '실리콘 음극'과 '황 양극'에 주목, 황 양극에 셀레니움(Se)을 첨가해 '리튬/실리콘 음극'·'황/셀레니움 양극'으로 구성된 배터리를 만들었다.

그 결과 황이 용해되기 전에 셀리니움이 우선적으로 용해돼 실리콘 전극의 고체전해질계면(SEI) 층에 우선적으로 포함되면서 실리콘 음극의 보호막 역할을 수행해 성능이 감소되지 않았다.

개발된 리튬이온 배터리는 무게당 저장 용량이 약 500mAh/g으로 현재 상용화된 리튬이온 배터리(100~150 mAh/g 수준)보다 약 4배 컸으며 사용 전압을 고려한 에너지 밀도에서는 약 2배 이상 증가했다.

즉 신규 배터리를 전기자동차용으로 사용할 때 1회 충·방전당 에너지 저장 밀도가 무게 당 현재의 2배 이상이기 때문에 같은 무게의 배터리를 사용한다면 1회 충전 시 현재 전기자동차 주행거리의 약 2배(약 300㎞)까지 늘어날 수 있다.

특히 연구팀이 배터리의 안정성 향상에 집중한 결과 1500회의 충·방전 사이클 동안 성능은 불과 19% 감소하는 것으로 나타났다. 이는 하루에 1회 충전할 경우 약 4년(365회x4=1460회) 동안 사용해도 배터리의 성능이 80% 이상 유지돼 교체 없이 사용 가능하다는 의미다.

개발된 배터리를 휴대전화에 사용할 경우에도 4년 동안 사용자가 성능 감소를 크게 느끼지 못할 정도(성능 감소 20% 미만)며 현재의 휴대전화 배터리와 같은 용량으로 설계할 경우에는 휴대전화의 배터리 무게가 약 2배 감소한다고 연구팀은 설명했다.

엄광섭 지스트 교수는 "개발된 배터리를 상용화하면 1회 충전 시 주행거리가 150㎞ 이내에 머물고 있는 전기자동차의 주행거리를 획기적으로 늘릴 수 있다"며 "첨가물 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.

미국 조지아 공대(Georgia Institute of Technology) 글렙 유신 교수(재료공학과)와 탐 퓰러 교수(화학공학과/이상 공동 교신저자)의 지원 하에서 지스트 엄광섭 교수와 MIT 이정태 박사가 주도해 수행한 이번 연구는 조지아 공대의 지원을 받아 진행됐다. 관련 논문은 네이쳐(Nature) 자매지인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 1월 5일자에 온라인 게재됐다.


©(주) EBN 무단전재 및 재배포 금지

전체 댓글 0

로그인 후 댓글을 작성하실 수 있습니다.

시황

코스피

코스닥

환율

KOSPI 2,746.63 0.81(0.03)

코인시세

비트코인

이더리움

리플

비트코인캐시

이오스

시세제공

업비트

03.29 21:23

100,057,000

▼ 441,000 (0.44%)

빗썸

03.29 21:23

99,938,000

▼ 387,000 (0.39%)

코빗

03.29 21:23

99,967,000

▼ 441,000 (0.44%)

등락률 : 24시간 기준 (단위: 원)

서울미디어홀딩스

패밀리미디어 실시간 뉴스

EBN 미래를 보는 경제신문