전기차 주행거리 2배 늘리는 배터리 소재
전기차 주행거리 2배 늘리는 배터리 소재
  • 함예솔
  • 승인 2020.01.25 04:20
  • 조회수 1840
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

요약

 

전기자동차 주행거리를 2배 이상 늘릴 수 있는 고용량 배터리 소재가 개발됐습니다. 연구진은 차세대 음극소재로 주목받고 있는 실리콘의 안정성을 높이기 위해 물, 기름, 전분과 같이 일상생활에서 쉽게 구할 수 있는 값싼 재료에 주목했습니다. 각각 물에 전분을 풀고 기름에는 실리콘을 풀어서 섞은 뒤 가열해 탄소-실리콘 복합소재를 만들었습니다. 그 결과 흑연계 음극 소재보다 전지 용량이 4배 이상 크고 5분 만에 80%이상 급속충전도 가능한 실리콘 기반 음극소재를 개발했습니다. 향후 리튬이온 이차전지에 적용돼 전기자동차와 에너지저장시스템(ESS)에 활용될 전망입니다.

한국과학기술연구원(KIST) 에너지저장연구단 정훈기 박사팀은 기존 배터리에 사용되는 흑연계 음극 소재보다 전지 용량이 4배 이상 크고, 5분 만에 80%이상 급속충전도 가능한 실리콘 기반 음극소재를 개발했습니다. 이를 전기자동차에 적용하면 주행거리가 지금보다 2배 이상 크게 늘어날 것으로 보입니다. 이번 연구는 <Nano Letters>에 게재됐습니다.

연구진이 제작한 배터리로 전기자동차가 기존보다 2배 이상 주행거리가 늘어나는 상황을 그린 예상도. 출처: KIST
연구진이 제작한 배터리로 전기자동차가 기존보다 2배 이상 주행거리가 늘어나는 상황을 그린 예상도. 출처: KIST

전기자동차, 주행시간 늘리려면 배터리 중요

 

현재 상용화된 전기차 배터리는 흑연을 음극 소재로 사용하고 있지만 전지 용량이 적어 내연기관 자동차보다 주행거리가 짧다는 한계가 존재했습니다. 장거리 주행이 가능한 전기차를 개발하기 위해 흑연보다 에너지를 10배 이상 저장할 수 있는 실리콘이 차세대 음극 소재로 주목받고 있습니다.

주행거리 대폭 늘린 전기자동차. 출처: AdobeStock
주행거리 대폭 늘린 전기자동차. 출처: AdobeStock

하지만 실리콘은 충·방전이 반복되면 부피가 급격히 팽창하고 용량이 크게 줄어들어 상용화가 쉽지 않았습니다. 또한, 음극 소재로서의 실리콘은 안정성을 높이기 위해 여러 방법이 제시됐지만 복잡한 공정과 높은 비용 때문에 아직까지 흑연을 대체하지 못하고 있었습니다. 

 

일상생활에서 쉽게 구할 수 있는 재료로 해결

탄소-실리콘 복합체 합성 과정 요약. 출처: KIST
탄소-실리콘 복합체 합성 과정 요약. 출처: KIST

KIST 정훈기 박사팀은 실리콘의 안정성을 높이기 위해 물, 기름, 전분과 같이 일상 생활에서 쉽게 구할 수 있는 값싼 재료에 주목했습니다. 각각 물에 전분을 풀고 기름에는 실리콘을 풀어서 섞은 뒤 가열해 탄소-실리콘 복합소재를 만들었습니다. 튀김을 만드는 것과 같은 손쉬운 가열 공정을 통해 탄소와 실리콘 복합체를 단단하게 고정시킨 겁니다. 이를 통해 충·방전 시 실리콘 음극재의 부피 팽창을 예방했습니다.

제조된 탄소-실리콘 복합체의 전기화학적 성능평가를 통한 용량·수명 특성 평가 결과. 출처: KIST
제조된 탄소-실리콘 복합체의 전기화학적 성능평가를 통한 용량·수명 특성 평가 결과. 출처: KIST

연구진이 개발한 복합소재는 기존 흑연계 음극 소재에 비해 4배 이상 높은 용량(360mAh/g → 1,530mAh/g)을 보였습니다. 500회 이상 충·방전에도 안정적으로 용량이 유지되고 5분 이내에 80% 이상 급속으로 충전할 수 있는 특성을 가지고 있습니다. 이러한 우수한 특성은 탄소 구조체가 실리콘의 부피팽창을 억제해 실리콘 소재의 안정성을 높이고 탄소의 높은 전기전도도와 실리콘 구조의 재배열을 통해 고출력 특성도 얻었기 때문입니다. 

정훈기 선임연구원. 출처: KIST
정훈기 선임연구원. 출처: KIST

 

 

 

본 연구를 주도한 KIST 정훈기 박사는 "옥수수 전분과 같이 일상생활에서 구하기 쉬운 재료를 활용하고, 복잡한 반응기 없이 재료의 단순 혼합과 열처리를 통해 탄소-실리콘 복합소재를 개발했다"라며 "이러한 손쉬운 공정과 우수한 특성은 대량 생산과 상용화 가능성이 매우 크고 향후 리튬이온 이차전지에 적용돼 전기자동차와 에너지저장시스템(ESS)에 활용될 것"이라고 밝혔습니다.

 

 

 

 

 


##참고자료##

 

 


댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.

  • 충청남도 보령시 큰오랏3길
  • 법인명 : 이웃집과학자 주식회사
  • 제호 : 이웃집과학자
  • 청소년보호책임자 : 정병진
  • 등록번호 : 보령 바 00002
  • 등록일 : 2016-02-12
  • 발행일 : 2016-02-12
  • 발행인 : 김정환
  • 편집인 : 정병진
  • 이웃집과학자 모든 콘텐츠(영상,기사, 사진)는 저작권법의 보호를 받은바, 무단 전재와 복사, 배포 등을 금합니다.
  • Copyright © 2016-2020 이웃집과학자. All rights reserved. mail to contact@scientist.town
ND소프트