조재필 UNIST 교수팀 ‘알루미늄-공기 흐름 전지’ 기술 개발
리튬 이온 배터리보다 에너지밀도 커 차세대 배터리로 주목
UNIST 연구진이 휘발유 자동차보다 효율적인 전기차 배터리 시스템을 개발했다.
UNIST(총장 정무영)는 에너지 및 화학공학부 조재필(사진) 교수팀이 리튬 이온 배터리보다 오래 쓰면서 폭발하지 않는 ‘알루미늄-공기 흐름 전지’ 기술을 개발했다고 13일 밝혔다.
알루미늄-공기 흐름 전지는 충전해 사용하는 이차전지가 아니라 방전만 되는 일차전지다. 전기차에 적용하면 알루미늄 금속만 교체해 전기를 공급받게 된다.
휘발유 1㎏은 실제 자동차에서 1700Wh의 에너지 밀도를 나타내는데, 알루미늄-공기 흐름 전지에 적용한 알루미늄의 에너지 밀도는 1㎏ 당 2500Wh가 된다. 이 정도 에너지 밀도면 한 번 교체에 700㎞를 달리는 전기차 배터리를 만들 수 있다.
알루미늄-공기 흐름 전지는 ‘금속-공기 전지’의 일종이다. 리튬 이온 배터리보다 에너지 밀도가 커 차세대 배터리로 주목받고 있다. 하지만 기존 ‘알루미늄-공기 전지’는 작동 과정에서 알루미늄 부산물이 쌓여 쉽게 성능이 떨어지는 단점이 있다.
조 교수팀은 이를 ‘전해액 흐름’이라는 방식으로 해결한 알루미늄-공기 흐름 전지를 개발했다. 전지에 펌프를 도입해 전해액이 흐르게 만들자 부산물이 쌓이지 않아 성능이 유지됐다. 방전 용량은 기존 알루미늄-공기 전지보다 17배 증가했다.
공기를 받아들이는 전극에서 반응을 활성화시키는 고성능 촉매(은-망간 산화물 나노플레이트 촉매)도 새로 개발했다. 고성능 촉매는 기존 백금계 촉매에 성능은 뒤지지 않으면서, 가격은 50분의1 수준으로 저렴한 장점이 있다.
조 교수는 “알루미늄은 산업적으로 가장 많이 쓰는 금속이라 소재 수급에 따른 전지 가격 문제에서 자유롭다”며 “전기차에 가벼운 알루미늄 금속을 교체하는 방식으로 쓸 수 있을 것”이라고 전망했다. 이번 연구는 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 9월13일자에 게재됐다. 연구 수행은 울산시청의 지원을 받아 이뤄졌다. 김봉출기자