바나듐 첨가해 고용량 전기차 배터리 만든다

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 리튬이온 배터리의 용량을 기존보다 20% 이상 늘리면서도 안정성을 유지하는 양극 소재를 개발했다. 이 리튬이온 배터리의 양극 소재가 전기자동차 배터리나 에너지저장장치(ESS)에 응용할 수 있다고 연구진은 설명했다.

한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 조은애 교수팀이 기존 리튬이온 배터리보다 리튬을 많이 넣어 용량을 높인 양극 소재를 개발했다고 3일 밝혔다.

조은애 교수는 "도핑된 바나듐 이온이 양극 소재 내 산소 이온의 전자구조를 변화시켜 충·방전때 가역적인 산화·환원 반응이 가능하게끔 했다"고 말했다. 조 교수는 또한 "전체 공정이 비교적 간단해서 대량생산에도 적합하다"고 덧붙였다.

연구진이 개발한 리튬 과잉 양극 소재는 배터리의 용량이 250㎃h/g에 달했다. 이는 니켈 함량을 높인 양극 소재의 용량보다 50㎃h/g 더 많다.

연구진은 비가역적 산소 반응이 주로 발생하는 양극재 표면에 선택적으로 바나듐 이온을 도핑하는 기술을 개발했다. 그결과 리튬 과잉 양극 소재의 안정성을 높이는 데 성공했다.

리튬 과잉 양극 소재가 첫 충·방전에서 69%의 낮은 가역성을 갖지만, 바나듐을 도핑한 리튬 과잉 양극 소재는 첫 충·방전 시 81%에 달하는 높은 가역성을 나타냈으며, 100번 이상의 충·방전 이후에도 92%에 달하는 안정성을 확인했다.

KAIST 신소재공학과 이용주 박사가 제 1저자로 참여한 이번 연구 결과는 재료 분야 저명 국제 학술지 '어드밴스드 사이언스' 1월 29일자 온라인판에 게재됐다.

한편, 기존의 리튬 과잉 양극 소재는 첫 충전과 방전 사이에 산화물을 구성하고 있는 산소가 기체가 돼 비가역적으로 추출되는 반응이 일어난다.

이에 따라, 산화물 양극재의 구조가 붕괴되고 배터리 성능이 급격히 감소해 사용되지 못하고 있다.

[e-mail] 김만기 기자