포스텍 등 공동연구팀 '듀얼이온전지' 내구성 UP 성공

2분 내 전지 용량 88% 급속 충전도 가능

포스텍 박수진 교수

포스텍 강지은 통합과정

포스텍(포항공대) 화학과 박수진 교수·통합과정 강지은 씨, 화학공학과 통합과정 황진우 씨, 서울대 재료공학부 한정우 교수, UNIST 화학과 유자형 교수·박사과정 이승호 씨, 서강대 화공생명공학과 류재건 교수 공동 연구팀이 고분자 바인더 연구를 통해 듀얼 이온 전지의 내구성을 높이는데 성공했다. 이 기술은 전기차 성능 향상에 적용될 전망이다.

이번 연구는 에너지·재료 분야 국제 학술지인 '어드밴스드 머티리얼즈'에 게재됐다.

전기차에 주로 쓰이는 리튬이온전지는 에너지 저장용량이 제한돼 이를 대체할 차세대 기술이 필요한 상황이다.

연구팀은 리튬 양이온과 음이온을 동시에 사용하는 듀얼이온전지에 주목했다. 이 전지는 많은 에너지를 저장할 수 있지만 충·방전 과정에서 전지의 내구성을 떨어트리는 문제가 있어 보완이 요구됐다.

이에 연구팀은 2차전지 내에 있는 여러 화학물질을 묶어 고정하는 바인더를 만들어 해당문제를 해결했다. 고분자 바인더는 흑연이 팽창하고 수축할 때 흑연구조가 붕괴되는 것을 막아준다. 만약 흑연이 팽창하면서 바인더와 결합이 끊어지더라도 다시 연결해주는 기술도 적용했다.

연구팀이 개발한 바인더를 적용한 듀얼이온전지를 실험한 결과 3천500여 회 이상 재충전된 경우에도 우수한 성능이 유지되는 것으로 나타났다. 또 2분 이내에 원래 전지 용량의 88% 정도가 충전되는 급속 충전 기능도 확인됐다.

박수진 교수는 "듀얼이온전지는 흑연을 사용하기 때문에 리튬이온전지에 비해 가격면에서 매우 경쟁력이 높다"며 "이번 연구를 바탕으로 전기차뿐 아니라 여러 분야에서 듀얼이온전지 연구가 활발하게 이루어지길 기대한다"고 했다.