니켈로 배터리 수명 연장하는 기술 나왔다

포스텍과 미국 노스웨스턴대 연구팀, 그래핀으로 기술 실현

포스텍 박규영 교수

니켈 기반의 니켈산리튬(이하 LNO) 소재는 코발트보다 저렴하고 용량이 크지만, 오래 사용하기 어렵다는 한계가 있었는 데 이를 뛰어넘는 기술이 한·미 공동연구팀에 의해 개발됐다.

포스텍(포항공대) 철강·에너지소재대학원 박규영 교수는 미국 노스웨스턴대 연구팀과의 공동연구를 통해 LNO 소재를 사용할 때 표면에서 발생하는 산소가 기계적 열화를 일으킨다는 사실을 확인하고 소재 표면에 그래핀을 덧씌워 산소 발생을 막는 방식으로 소재의 수명을 2배 이상 늘이는데 성공했다.

연구성과는 세계적인 학술지 '어드밴스드 머터리얼즈'에 표지 논문으로 최근 선정됐다.

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

이 양극 소재에 코발트 대신 니켈을 이용하면 가격을 20% 이상 낮추고 에너지 밀도를 30% 이상 높일 수 있다. 밀도가 높을수록 에너지를 많이 담을 수 있기 때문에 배터리 용량이 늘어나는 것이다. 이처럼 LNO 소재는 많은 장점에도 불구하고 수명이 짧다는 이유로 상용화되진 못했다.

이에 연구팀은 LNO 소재를 사용할 때 표면에서 산소가 발생한다는 사실을 주목하고, 이 산소가 입자 구조를 뒤틀리게 하면서 소재의 수명이 짧게 한다는 것을 발견했다. 연구팀은 LNO 소재의 표면에 '꿈의 소재'로 잘 알려진 그래핀을 덧씌워 산소 발생을 막아 수명을 늘렸다.

박규영 교수는 "이번 연구성과를 활용하면 코발트를 없앤 LNO 소재의 상용화를 빠르게 앞당길 수 있다"며 "전기차 가격을 낮추고 주행거리를 획기적으로 늘게 할 수있는 기술로 발전할 가능성이 매우 높다"고 했다.