서동화 교수-삼성전자 연구팀
전지수명도 10배 향상시켜
UNIST(총장 이용훈)와 삼성전자 종합기술원(원장 황성우) 공동연구팀은 세라믹 소재를 이용한 전기차 전지를 개발했다고 15일 밝혔다.
리튬공기 전지는 공기 중 산소를 양극 물질로 사용하는 초경량 전지로, 현재 전자기기 및 전기자동차에 사용되는 리튬이온 전지보다 10배 이상 성능이 기대되는 차세대 전지다.
연구팀은 리튬공기 전지 내부의 유기물질을 세라믹 소재로 바꿔 이를 해결했다.
리튬공기 전지는 현재 각종 전자 기기와 전기차에 쓰이는 리튬이온 전지보다 10배 이상 더 많은 에너지를 저장할 수 있다.
또 공기 중 산소를 전극재로 쓰기 때문에 금속 소재를 사용하는 리튬이온 전지보다 경량화에도 유리하다. 이에 따라 가볍고 오래 달리는 차세대 경량 전기차 전지로 각광받고 있다.
다만 전지 작동 과정에서 발생하는 활성산소 때문에 전지 수명이 떨어지는 고질적인 문제점을 안고 있었는데, 연구진은 이를 해결할 방법을 찾아냈다.
전지 내부의 유기물질을 고성능 세라믹 소재로 대체함으로써 전지 수명을 획기적으로 향상시켰다.
연구팀은 기존 10회 미만이었던 충·방전 수명을 100회 이상으로 크게 개선함에 따라 차세대 전지로 주목받는 리튬공기 전지의 상용화를 앞당길 수 있는 원천 소재 기술을 개발했다고 자평했다.
고체 형태인 세라믹 소재가 우수한 이온 전도성과 전자 전도성을 동시에 갖췄다는 점도 주목받고 있다. 일반적으로 세라믹 물질은 이온 전도성만 높지만 이번에 개발된 물질은 전자 전도성도 뛰어나 전지의 다양한 구성 부품에 사용할 수 있다.
교신저자인 서동화 UNIST 교수는 “신규 세라믹 소재는 전자와 리튬이온을 동시에 전달할 수 있기 때문에 리튬공기 전지뿐만 아니라 전지 분야에 쓰일 수 있을 것”이라고 기대했다.
한편 이번 연구 결과는 에너지 재료 분야 저명 학술지인 어드밴스드 에너지 머터리얼즈(Advanced Energy Materials)의 표지 논문으로 선정돼 13일 출판됐다.
이춘봉기자 bong@ksilbo.co.kr