리튬배터리를 그래핀으로 코팅해 수명 늘렸다

포항공과대, 코발트보다 저렴한 니켈 사용법 개발
성능 떨어뜨리는 산소발생 차단해 2배로 수명 늘려

그래핀. 게티이미지 제공

[파이낸셜뉴스] 포항공과대학교(POSTECH)는 철강·에너지소재대학원 박규영 교수팀이 미국 노스웨스턴대 연구진과 함께 코발트 대신 니켈을 사용하는 리튬이온 배터리의 수명을 2배 이상 늘리는 기술을 개발했다. 연구진은 배터리의 수명을 늘리기 위해 배터리 양극에 쓰이는 니켈산리튬(LNO)을 그래핀으로 코팅해 성공했다.

박규영 교수는 7일 "이번 연구성과를 통해 코발트를 없앤 LNO 소재의 상용화를 매우 빠르게 앞당길 수 있다"며 "향후 전기차 가격을 낮추고 주행거리를 획기적으로 늘릴 수도 있다"고 말했다.

2020년 9월, 미국 전기차업체 테슬라의 첫 배터리데이에서 일론 머스크 CEO는 '코발트 대신 100% 니켈 배터리로 가격을 절반 이상 낮추겠다'고 선언했다. 그러나 니켈 기반의 니켈산리튬(LNO) 소재는 코발트보다 가격이 3분의 1 정도로 저렴하고, 배터리 용량을 30% 이상 높일 수 있다.

오래 사용하기 어렵다는 한계가 있었다.

LNO 소재는 리튬이온 이차전지 양극 소재인 리튬코발트산화물(LCO)에서 코발트를 니켈로 대체한 소재다. 리튬이온 배터리의 양극과 음극은 배터리의 성능을 결정하는데, 양극은 주로 용량과 사용 시간을 좌우한다.

LNO 소재를 배터리에 사용하면 표면에서 발생하는 산소때문에 배터리의 성능이 떨어지면서 수명이 짧기 때문이다.

이 산소가 입자의 구조를 뒤틀리게 해 소재의 수명이 짧아진다는 것이다.

이에 연구진은 LNO 소재의 표면에 '꿈의 소재'로도 잘 알려진 그래핀을 덧씌워 산소 발생을 차단해 수명을 2배 이상 늘리는 데 성공했다.

이번 연구성과는 세계적인 학술지 '어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)'에 최근 표지 논문으로 최근 선정됐다.

[e-mail] 김만기 기자