UNIST '폭발 위험 없는' 車배터리 개발 청신호

이현욱 에너지화학공학과 교수팀
배터리 신소재 설계원리 제시

한 번 충전으로 폭발 위험 없이 최대 1000㎞를 갈 수 있는 차세대 장거리 주행 배터리 개발에 청신호가 켜졌다.

UNIST(울산과학기술원)는 이현욱 에너지화학공학과 교수팀이 배터리 양극 신소재인 과리튬 소재의 산소 발생 원인을 규명하고, 이를 해결할 소재 설계 원리를 제시했다고 19일 밝혔다.

과리튬 소재는 이론적으로 4.5볼트(V) 이상 고압 충전을 통해 배터리에 기존보다 30~70% 더 많은 에너지를 저장할 수 있다. 전기차 주행 거리로 따지면 한 번 충전으로 최대 1000㎞를 갈 수 있다. 그러나 이 소재는 고압 충전 과정에서 소재 내부 산소가 산화해 기체 형태로 방출되며 폭발 위험이 커지는 문제가 있다.

연구팀은 4.25V 부근에서 산소가 산화하며 부분적인 구조 변형이 발생해 산소 가스가 방출된다고 분석하고, 산소 산화를 원천적으로 막는 전극 소재 설계 방식을 제시했다.

과리튬 소재의 전이금속 일부를 전기음성도가 더 낮은 전이금속 원소로 치환하는 전략이다. 두 금속 원소 간 전기음성도 차이로 전기음성도가 큰 원소 주변으로 전자가 몰리면 전이금속의 가용 전자 수가 증가해 산소가 산화하지 않는다. 반면 전이금속의 가용 전자 수가 부족한 상황에서는 산소가 전자를 대신 주고 산화해 기체 형태로 배출된다.

이번 연구에는 KAIST, 중앙대, 포항가속기연구소, 미국 로스앤젤레스 캘리포니아대(UCLA), UC버클리, 로런스버클리연구소 연구진이 참여했다. 이 교수는 “에너지 밀도를 높이면서도 폭발 위험 없이 장거리 주행이 가능한 배터리 소재 개발에 도움이 될 것”이라고 말했다.

울산=하인식 기자 hais@hankyung.com