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[IT뉴스]전기연구원, 전기차 급속충전에도 안정적인 고에너지밀도 리튬이온전지 개발

온카뱅크관리자

2024-05-27 09:13:44

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div>  
        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="36GCDuMU3q">
          <p dmcf-pid="0cK0XRwM3z" dmcf-ptype="general">한국전기연구원(KERI)은 전기소재공정연구센터 최정희 박사팀이 한양대 이종원 교수팀, 경희대 박민식 교수팀과 함께 급속충전 조건에서도 리튬이온전지의 충·방전 안정성 확보 및 장수명(long-life)을 실현할 수 있는 핵심기술을 개발했다고 27일 밝혔다.</p>
          <figure class="figure_frm origin_fig" dmcf-pid="pzOAnHKGp7" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="최정희 KERI 박사가 산화알루미늄 분산액과 이를 적용한 리튬이온전지 음극(-) 전극을 들고 있다. KERI 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202405/27/segye/20240527091344693rqhg.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="FbTmA36FUB" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202405/27/segye/20240527091344693rqhg.jpg" width="658"></p>
           <figcaption class="txt_caption default_figure">
            최정희 KERI 박사가 산화알루미늄 분산액과 이를 적용한 리튬이온전지 음극(-) 전극을 들고 있다. KERI 제공
           </figcaption>
          </figure>
          <div dmcf-pid="UKlDa1f57u" dmcf-ptype="general">
            KERI에 따르면 전기차 보급 확대를 위한 가장 핵심적인 해결 과제에는 주행거리 상승과 안전성 확보 등 기술적 이슈가 있으며, 사용자 편의를 위한 빠른 충전 속도 역시 요구된다.
          </div>
          <p dmcf-pid="u4WOkpQ0uU" dmcf-ptype="general">하지만 고에너지밀도의 리튬이온전지를 설계하기 위해서는 전극의 두께가 높아야 하는데 이럴 경우 지속적인 급속충전 시 열화(劣化) 발생 등 전지의 성능이 떨어지는 문제가 발생했다.</p>
          <p dmcf-pid="7UradWqypp" dmcf-ptype="general">이에 KERI는 리튬이온전지 음극(-) 극판 표면에 1마이크로미터(㎛) 이하의 아주 작은 ‘산화알루미늄(Al2O3)’ 입자를 부분 코팅하는 기술 개발을 추진했다.</p>
          <p dmcf-pid="zjBFGxEQ70" dmcf-ptype="general">그동안 국내‧외 많은 연구진이 음극 소재(흑연 등)에 기능성 나노기술을 도입하는 등 주로 전극 내부 활물질 소재에 집중했다면 최정희 박사팀은 전극 표면에 산화알루미늄을 코팅하는 단순한 처리 기술로 문제를 해결했다.</p>
          <p dmcf-pid="qyi6KDHEz3" dmcf-ptype="general">산화알루미늄은 가격이 저렴하고, 우수한 전기 절연성, 내열성, 화학적 안정성, 기계적 특성을 보유하고 있어 각종 세라믹 분야에서 널리 사용되고 있는 물질이다.</p>
          <p dmcf-pid="Bwf7tiOJ3F" dmcf-ptype="general">KERI 연구진은 산화알루미늄 입자가 리튬이온전지 음극과 전해질 간의 계면을 효과적으로 제어하고, 리튬 이온의 빠른 이동을 유도한다는 것을 확인했다.</p>
          <p dmcf-pid="bCx9uNva0t" dmcf-ptype="general">이를 통해 급속충전 시에도 리튬의 전착(충·방전이 불가능한 비가역적 리튬)을 막고, 리튬이온전지의 안정적인 충·방전 수명을 확보할 수 있었다.</p>
          <p dmcf-pid="KtciQlphF1" dmcf-ptype="general">이 기술의 또 다른 장점은 리튬이온전지의 고에너지밀도화를 추진할 수 있다는 것이다.</p>
          <p dmcf-pid="9fysc0P3F5" dmcf-ptype="general">리튬이온전지의 성능과 안정성을 높이기 위해 전극 내부 소재에 다른 기능성 소재를 도입하면 합성 공정도 복잡하고, 정작 가역적인 리튬의 양(초기효율)이 떨어지는 단점이 발생한다.</p>
          <p dmcf-pid="2M5vsBJq0Z" dmcf-ptype="general">또 전극의 두께도 두꺼워지며, 급속충전 조건에서 성능이 떨어질 수밖에 없다.</p>
          <p dmcf-pid="VPHhw7RuuX" dmcf-ptype="general">그러나 KERI 기술은 내부가 아닌 흑연 음극 표면을 처리하기 때문에 가역적인 리튬의 양 감소 없이 고에너지밀도의 후막 전극에 대해 급속충전을 적용하여도 안정적인 성능 구현이 가능하다.</p>
          <p dmcf-pid="fouZT8j43H" dmcf-ptype="general">연구팀은 다양한 검증을 통해 산화알루미늄이 코팅된 고에너지밀도의 음극 전극(4.4 mAh/cm2)이 500회의 급속충전에도 83.4% 이상 성능(잔류 용량비)을 유지하는 등 세계 최고 수준의 우수성을 가지는 것을 확인했다.</p>
          <p dmcf-pid="4cK0XRwMuG" dmcf-ptype="general">현재 500mAh급 파우치 셀까지 효과 검증을 진행했고, 향후 스케일 업(scale-up)을 통해 대면적 중대형 용량의 전지에서도 적용될 수 있도록 기술을 발전시킨다는 계획이다.</p>
          <p dmcf-pid="81AJPh0CUY" dmcf-ptype="general">최정희 박사는 “편리한 급속충전과 리튬이온전지의 에너지밀도는 상충 관계처럼 여겨져 전기차의 대중화를 막는 원인 중 하나”라며 “우리의 성과를 통해 급속충전에도 안정적인 고에너지밀도 리튬이온전지를 구현할 수 있을 것으로 기대하고, 전기차 보급 확대와 범국가적 탄소중립 실현에 크게 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.</p>
          <p dmcf-pid="6k9pZerRuW" dmcf-ptype="general">이번 연구결과는 우수성을 인정받아 국내는 물론 미국 특허 등록도 마쳤으며, 재료공학 분야 국제 저명 학술지인 ‘Advanced Functional Materials’에도 최근 논문이 게재(JCR Impact Factor 19, 상위 3.7%)됐다.</p>
          <p dmcf-pid="PZNe8IFOuy" dmcf-ptype="general">창원=강승우 기자 ksw@segye.com</p>
         </section> 
        </div> 
        <p class="" data-translation="true">Copyright © 세계일보. 무단전재 및 재배포 금지.</p>

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