전기자동차 ‘1분이면’ 충전 끝! 원천기술 확보!

국내연구진이 전기자동차의 ‘1분 충전시대’를 열었다.

울산과학기술대학교(UNIST) 친환경에너지공학부 조재필 교수가 주도하고 이상한 박사과정생 등이 참여한 연구팀은 기존 리튬이온전지 충전시간을 최소 30분의 1~최대 120분의 1까지 줄일 수 있는 새로운 원천기술을 개발했다.

연구팀은 나아가 단 6초 만에 전지용량의 50%를 사용할 수 있는 고출력 방전기술도 확보했다.

조 교수팀이 개발한 신기술은 리튬이차전지의 출력과 용량을 동시에 획기적으로 높인 새로운 양극소재 합성법이다.

현재 리튬이온전지는 어플리케이션의 기능 확대와 더불어 더욱 더 빠른 충·방전 특성이 요구된다.

특히 순수한 의미의 전기자동차가 널리 보급되기 위해서는 자동차에 가솔린을 넣는 것처럼 몇 분 안에 충전이 이뤄져야 한다.

리튬이온전지의 충·방전 속도는 양극 또는 음극 활물질의 크기를 줄임으로써 높일 수 있지만, 이 경우 전극의 밀도가 떨어지게 돼 전지의 용량이 줄어든다는 치명적인 단점이 있다.

연구팀은 20나노미터 크기의 1차 입자로 이뤄진 마이크로 2차 입자를 만들었다.

연구팀은 이를 약 600도에서 열처리해 입자내부에 전도성 네트워크를 형성, 매우 높은 밀도를 가지는 양극 활물질을 개발하는데 성공했다.

이는 리튬이온전지가 가진 충·방전 속도의 한계를 뛰어넘을 수 있는 양극 활물질 원천기술을 확보했다는 것을 뜻한다.

동시에 리튬이온전지의 속도를 더욱 높일 수 있는 메커니즘을 제시, 1분 안에 충전이 가능한 전기자동차용 전지 개발에 한 발 더 다가설 수 있게 됐다.

리튬이차전지의 세계시장 규모는 2010년 100억 달러를 넘어섰다. 올해는 전기자동차용 중대형전지시장의 확대로 200억 달러 돌파가 예상되고 있다. 이 중 전극소재 시장만 80억 달러에 달해 연구팀의 원천기술개발은 지적재산권의 선점 차원에서도 큰 의미가 있다.

“이번 연구는 현재 리튬이온 이차전지의 단점으로 지적돼 온 충·방전 속도의 한계를 뛰어넘을 수 있는 획기적인 사례다”

“이번에 개발한 방법을 이차전지 전극물질 제조에 도입함으로써 1분내 완전 충전이 가능한 전기자동차용 이차전지의 개발에 한층 더 다가설 것”
 - 조재필 교수

이번 성과는 교육과학기술부가 지원하는 ‘신기술융합형 성장동력사업’ 수행 중 일궈낸 연구결과로 화학분야의 세계적 학술지인 ‘앙게반테 케미 국제판(Angewandte Chemie International Edition)’에  이달 8일자로 실렸다.

혁신적인 연구결과와 이차전지 소재 분야의 파급효과를 인정받아 HOT PAPER로 선정되는 영예도 함께 안았다.