중앙대학교 연구진이 리튬이온 배터리 충전 시간과 안정성을 획기적으로 끌어올릴 수 있는 기술을 개발해 이목을 집중시켰다. 에너지시스템공학과 문장혁 교수를 중심으로 진행된 이번 연구는 국제 학술지인 에너지 스토리지 머티리얼즈(Energy Storage Materials) 최근호에 게재되었다.
리튬이온 배터리는 전기차에 가장 많이 사용되는 배터리이다. 하지만 이 배터리는 고속 충전을 할 경우, 리튬 도금으로 인해 높은 셀 편광에 따른 안전성 문제와 에너지 밀도 저하로 인한 배터리 성능 저하에 대한 문제가 제기되어 왔다.
현재 리튬이온 배터리의 과제는 차량의 주행 거리와 충전 시간에 영향을 미치는 에너지 밀도를 손상시키지 않으면서 급속 충전을 달성하는 것이다. 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 배터리 내 전해질 구성을 개선하는 방향으로 개발했다.
중앙대 연구팀은 리튬이온 배터리 전해질인 농축 LiPF6를 선형 탄산염과 함께 사용함으로써 빠른 이온 이동에 중요한 탈용해 과정을 개선하는데 집중했다. 특히 더 빠른 충전을 촉진하기 위해 디메틸 카보네이트와 같이 활성화 에너지가 낮은 전해질에 초점을 맞췄다.
테스트 결과 이러한 전해질 변형으로 배터리 안정성을 유지하면서 고속충전 기능을 크게 향상시켰다. 연구팀은 “배터리가 200회 이상 충전해도 용량이 3배 이상 유지되는 것으로 나타났다"며 "중요한 것은 리튬 도금과 관련된 일반적인 셀 팽창 현상을 방지할 수 있었다”고 결과를 소개했다.
중앙대 연구팀은 이번 연구를 통해 리튬이온 배터리의 충전시간과 안전성을 획기적으로 개선해 전기차 급속충전 기술 발전에 기여할 것으로 보인다. 최근 전기차 시장의 확대로,급속충전 배터리의 안전성에 대한 요구가 크게 늘어나고 있다는 점에서 의미가 있다고 평가할 수 있다.
이 뿐 아니라 이번 연구는 실험과정에서 분자 역학 시뮬레이션을 사용해 미래 배터리를 설계하는 방법에 대한 귀중한 통찰력을 얻었다는 점에서 큰 의미를 가진다.
문 교수는 "리튬이온 배터리 연구를 통해 더욱 실용적인 전기차를 보급할 수 있을 것"이라며 "고속 충전 조건에서 배터리의 동역학과 안정성을 개선해 전기차 산업과 궁극적으로 사람들의 일상 생활에 의미 있는 영향을 미칠 수 있기를 바란다"고 말했다.
안예주 에디터 yj.ahn@carguy.kr
