리튬이온 2차전지의 실리콘 음극재를 안정화시켜 전기자동차 주행거리를 늘리는 기술이 나왔다.

UNIST(울산과학기술원)는 에너지화학공학과 조재필 특훈교수, 곽상규 교수팀이 이런 기술을 개발해 논문을 ‘네이처 에너지’에 실었다고 13일 발표했다.

2차전지 음극재는 흑연을 주로 쓴다. 양극에서 넘어온 리튬이온을 저장(충전)하고, 다시 양극으로 넘기는 과정(방전)을 촉진한다. 그런데 흑연은 에너지 저장용량이 g당 372밀리암페어시(mAh)로 낮은 편이다. 용량이 낮으면 주행거리가 짧아진다. 이 때문에 용량이 흑연보다 10배가량 큰 실리콘(3592mAh/g)을 흑연에 섞어 음극재 성능을 개선하는 연구가 진행돼왔다. 하지만 실리콘 음극재는 충·방전 시 부피가 흑연보다 빨리 팽창하면서 성능이 떨어지는 단점이 있다.

연구팀은 수학적 계산을 통해 실리콘 음극재 입자를 1나노미터(㎚·1㎚=10억분의 1m) 이하로 작게 만들어 충·방전 시 팽창을 차단하는 기술을 독자 개발했다고 밝혔다. 이 음극재의 부피 팽창률은 흑연(13%)에 근접한 것으로 나타났다. 또 2800회 충·방전을 반복해도 초기 성능의 91%가량을 유지했다. 연구팀 관계자는 “전기차 주행거리 연장뿐 아니라 에너지저장장치(ESS)에도 쓸 수 있는 기술”이라고 설명했다.

이해성 기자 ihs@hankyung.com