급속으로 해도 30분 걸리는 전기차 충전 6분으로 줄인다

포항공대 연구팀, 효율성 높인 음극소재 기술 개발

현재 상용화된 전기자동차를 6분 만에 충전할 수 있는 기술이 개발됐다.

포항공대(포스텍)는 화학공학과·철강·에너지소재대학원 김원배 교수, 화학공학과 박사과정 강송규씨, 통합 과정 김민호씨 연구팀이 효율성을 높인 음극소재 기술을 개발했다고 14일 밝혔다.

연구팀은 리튬 이온 저장 능력이 우수하고 강자성 특성을 지닌 '망간-철 산화물' 음극재가 더 많은 리튬을 저장할 수 있도록 합성 방법을 새롭게 설계했다.

망간 산화물이 있는 용액에 철을 넣은 결과 갈바닉 치환 반응을 통해 안쪽에는 망간 산화물이, 바깥쪽에는 철 산화물이 분포된 이중구조물이 형성됐다.

갈바닉 치환 반응은 금속이 자신보다 높은 환원전위를 지닌 금속 이온을 만날 때 일어나는 전기화학 반응이다.

연구팀은 금속 이온을 함유하는 수용액을 고온·고압으로 반응시켜 다양한 나노미터 및 마이크로미터 크기의 분말을 합성하는 수열합성법 등 과정을 통해 '망간-철 산화물' 음극재를 표면적이 큰 나노미터 두께 시트 형태로 만들었다.

그 결과 많은 양의 리튬 이온이 추가로 저장됐다.

연구팀은 '망간-철 산화물' 음극재가 낼 수 있는 이론적 용량보다 50% 이상 늘리는 데 성공했다고 밝혔다.

음극재 표면적이 증가함으로써 많은 양의 리튬 이온과 전자가 동시에 이동할 수 있어 이차전지 충전속도가 향상됐다.

실험 결과 상용화된 전기차 전지의 음극재 용량만큼 충전하는 데 6분이 걸리는 것으로 나타났다.

현재 전기차 충전은 보통 약 10시간 걸리고 급속 충전하더라도 최소 30분이 소요된다.

이 연구는 재료공학 분야 국제학술지인 '어드밴스트 펑셔널 머티리얼스' 앞표지 논문으로 실렸다.

연구를 이끈 김원배 교수는 "기존 음극재의 전기화학적 한계를 극복하고 이차전지 용량을 높일 수 있는 전자스핀 활용 표면 설계에 대한 새로운 통찰력을 제공했다"며 "전기차 내구성과 충전 속도 모두 향상할 수 있는 방안이 될 것"이라고 말했다.

/연합뉴스