삼성전자와 UNIST, '일회 충전에 1000㎞' 전기차 전지 기술개발 쾌거

손경숙 기자 / 기사승인 : 2020-10-15 15:03:40
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에너지 재료 저명 학술지 '어드밴스드 에너지 머터리얼즈‘ 표지에 실려

UNIST 서동화 교수, 상용화 난제 전지수명 저하 문제 해결

▲ Advanced Energy Materials 표지
우리나라가 전기차 배터리 과학기술 선도 주자를 유지할 수 있을 만한 배터리 신기술이 개발됐다. 이 기술에 따르면 한 번 충전으로 서울과 부산 왕복 거리보다 긴 1000를 달릴 수 있는 전기차가 가능하다.

 

울산과학기술원(UNIST)과 삼성전자 종합기술원 공동연구팀은 세라믹 소재의 리튬공기전지를 개발해 상용화의 난제로 지적돼 온 전지 수명 저하 문제를 해결했다고 15일 밝혔다.

리튬에어 배터리라고 불리는 이 전지는 리튬과 산소의 화학반응을 이용해 에너지 효율을 높인 배터리로 충전과 방전 과정에서 산화물의 결합, 분해로 에너지를 생성하는 신기술을 활용한 배터리이다.

 

따라서 스마트폰이나 전기차에 탑재되는 리튬이온 배터리보다 성능이 좋아 차세대 꿈의 배터리라고도 불린다. kWh당 생산 비용은 리튬이온 배터리가 650달러, 리튬에어 배터리가 100달러로 약 6배 저렴하다는 이야기도 나오고 있다.

 

또한 충전을 위해 금속 물질을 이용하는 리튬이온 배터리와 달리, 리튬에어 배터리는 금속 물질을 사용하지 않아 자연스럽게 에너지를 발생시킬 수 있다.

 

공동연구팀에 따르면 리튬공기전지는 현재 각종 전자 기기와 전기차에 쓰이는 리튬이온전지보다 10배 이상 더 많은 에너지를 저장할 수 있다.

 

또 공기 중 산소를 전극재로 쓰기 때문에 금속 소재를 사용하는 리튬이온전지보다 경량화도 유리해 가볍고 오래 달리는 차세대 경량 전기차 전지로 주목받고 있다. 다만 전지 작동 과정에서 발생하는 활성산소 때문에 전지 수명이 떨어지는 고질적인 문제점을 안고 있다.

 

충방전 수명 100회 이상, 일회 충전에 1000km

 

이에 연구팀은 전지 내부의 유기물질을 고성능 세라믹 소재로 대체함으로써 전지 수명을 획기적으로 향상했다. 기존 10회 미만이었던 충·방전 수명이 100회 이상으로 크게 개선됐다.

연구팀은 또 고체 형태인 세라믹 소재가 우수한 이온 전도성과 전자 전도성을 동시에 갖췄다는 점도 주목했다.

 

일반적으로 세라믹 물질은 이온 전도성만 높지만 이번에 개발된 물질은 전자 전도성 또한 뛰어나 전지의 다양한 구성 부품에 쓰일 수 있다고 연구팀은 설명했다.

연구팀은 밀도범함수 이론 기반의 양자역할 모델링 기법으로 이온과 전자 모두 높은 전도성을 갖는 물질을 찾았다.

 

교신저자인 울산과기원 서동화 교수는 "신규 세라믹 소재는 전자와 리튬 이온을 동시에 전달할 수 있기 때문에 리튬공기전지 뿐만 아니라 다른 전지 분야에도 쓰일 수 있을 것"이라고 말했다.

 

이 연구 결과는 에너지 재료 분야 저명 학술지인 '어드밴스드 에너지 머터리얼즈'(Advanced Energy Materials) 표지 논문으로 선정돼 13일 출판됐다.

연구는 삼성전자, 울산과기원 기관 고유 사업인 미래선도형 특성화 사업, 한국과학기술정보연구원 슈퍼컴퓨터 자원의 지원으로 이뤄졌다.

 

배터리 전문가들은 실용화에 들어가면서 현실적인 적용과정을 테스트하고 나면 산업 현장 곳곳에서 중요한 역할을 하게 될 것이라고 긍정적 전망을 내놨다. 

 

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