전기차 충전 6분이면 가능…포스텍 연구팀 새로운 음극소재 기술개발

포스텍 김원배 교수

포스텍 박사과정 강송규씨

포스텍 통합과정 김민호씨

6분이면 전기차를 완충할 수 있는 기술이 개발돼 산업계의 관심이 쏠리고 있다.

포스텍(포항공대학교) 화학공학과/철강·에너지소재대학원 김원배 교수·화학공학과 박사과정 강송규 씨·통합과정 김민호 씨 연구팀은 '망간-철 산화물' 음극재를 나노미터(nm) 두께의 시트 형태로 합성해 용량 한계보다 1.5배 높은 용량을 구현해냈다. 6분이면 전기차를 완충할 수 있는 음극소재 기술로 평가받고 있다.

전기차에 사용되는 리튬 이온 배터리의 효율은 리튬 이온을 저장하는 음극재에 의해 좌우된다.

연구결과는 우수성을 인정 받아 재료공학 분야에서 영향력이 높은 학술지인 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈'의 표지 논문으로 게재됐다.

연구팀은 리튬 이온 저장 능력이 우수한 '망간-철 산화물' 음극재가 더 많은 리튬을 저장할 수 있도록 합성 방법을 새롭게 설계했다.

우선 망간 산화물이 있는 용액에 철을 넣어 안쪽에는 망간 산화물을, 바깥쪽에는 철 산화물이 분포된 이중구조물을 만들었다. 이후 연구팀은 '망간-철 산화물' 음극재를 표면적이 큰 나노미터 두께의 시트 형태로 제작했다.

음극재의 표면적이 늘어나면서 많은 양의 리튬이온과 전자가 동시에 이동하는 것이 가능해져 배터리 충전 속도가 높아졌다. 또 '망간-철 산화물' 음극재가 가질 수 있는 용량도 이론적인 용량보다 50% 이상 늘었다

실험에서는 단 6분이면 현재 상용화된 전기차 음극재의 용량만큼 급속 충·방전이 가능하다는 것이 증명됐다.

김원배 교수는 "이번 연구를 통해 그간 제어하기 어려웠던 합성 공정을 개선해 음극재 이론 용량의 한계를 극복하고, 배터리 충전 속도를 대폭 향상시켰다"며 "전기차의 내구성과 충전 속도 등을 모두 높일 수 있는 기술로 기대된다"고 했다.