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전기차 충전. 게티이미지 제공 |
[파이낸셜뉴스] 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 이현욱 교수팀이 한 번 충전으로 1000㎞ 달리는 차세대 배터리의 폭발 위험을 없애는 기술을 개발했다고 18일 밝혔다.
이 배터리는 양극에 들어가는 니켈의 양을 줄이고 대신 리튬을 더 많이 넣어 충전용량을 최대 70% 더 늘렸다. 하지만 고속 충전과정에서 소재 내부에 있는 산소가 산화되면서 기체로 나와 폭발 위험이 있다.
김민호 박사(현 미국 UCLA 박사후 연구원)은 "다른 연구들은 산화된 산소를 안정화시켜 기체 형태로 변하는 것을 막는 데 주력했지만 우리는 산소의 산화 자체를 막는 데 집중했다"고 설명했다.
이렇게 양극속 일부 금속을 바꾸면 충전 전압을 상승시켜 배터리용량을 늘릴 수 있다.
에너지 밀도는 가용 전자 수와 충전 전압에 비례하기 때문에 전이 금속을 치환하는 전략으로 배터리 단위 무게당 더 많은 에너지를 저장할 수 있게 된다. 댐에 물이 많고 낙차가 클수록 더 많은 에너지가 저장되는 것과 흡사한 원리다.
연구진은 전이금속 치환 전략의 산소 산화 억제 효과를 실험적으로 확인했다. 가속기 기반 X선 분석 결과, 루테늄의 일부를 니켈로 치환한 경우 산소 기체 발생이 월등히 줄었다. 또 밀도 범함수 계산(DFT)을 통해 전하 재배치가 발생함을 이론적으로 입증했다.
이현욱 교수는 "다양한 실험과 이론분석으로 기술을 라이브러리화해 양극재 연구자들에게 소재 개발 방향성을 제시했다"며, "에너지 밀도를 높인 폭발 없는 장거리 주행 배터리 소재 개발에 도움이 될 것"이라고 말했다.
한편, 이현욱 교수는 이번 연구를 한국과학기술원(KAIST) 서동화 교수, 중앙대학교, 포항가속기연구소, 미국 UCLA 대학 유장 리 교수, UC버클리대학, 로렌스버클리연구소와 함께했다. 또 가속기 기반 X선 분석은 중앙대학교 장해성 교수가 맡았으며, DFT 이론계산은 미국 로렌스버클리연구소의 이은렬 박사가 참여했다.
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monarch@fnnews.com 김만기 기자
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