배터리 에너지밀도 극대화…40% 높여
1회 충전으로 최대 630㎞를 달릴 수 있고 폭발위험을 원천 차단한 신개념 배터리가 개발됐다.
포스텍 화학과 박수진 교수 연구팀은 최근 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 서동화 교수 연구팀과 공동연구로 1회 충전으로 오래 쓸 수 있는 무(無)음극 배터리를 개발한 것이다.
이 배터리의 부피당 에너지 밀도는 상용화된 배터리보다 40% 높다.
한 번만 충전해도 630㎞를 달릴 수 있는 셈이다.
일반적으로 배터리는 충전과 방전을 거듭할 때 리튬이온이 드나들면서 음극재의 구조를 바꾼다.
이는 시간이 갈수록 배터리 용량이 줄어드는 이유다.
음극재 없이 음극 집전체만으로 충·방전이 가능하다면 배터리 용량을 결정짓는 에너지 밀도를 높일 것으로 보인다.
다만 실제로는 음극의 부피가 크게 팽창하며 배터리 수명을 악화시킨다는 치명적인 단점이 있었다.
리튬을 안정적으로 저장하는 저장체가 음극에 존재하지 않아서다.
연구팀은 이온 전도성 기판을 더해 무음극 배터리를 통상적으로 사용되는 카보네이트 용매 기반 액체 전해질에서 구현하는 데 성공했다.
기판은 음극 보호층을 형성할 뿐만 아니라 음극의 부피 팽창을 최소화하도록 돕는다.
연구 결과 배터리는 카보네이트 용매 계열 전해질 환경에서 고용량, 고전류밀도로 오랫동안 높은 용량을 유지했다.
또 기판이 리튬을 안정적으로 저장할 수 있음을 이론과 실험을 통해 검증하기도 했다.
특히 황화물계 고체 전해질을 이용해 전고체 반쪽 전지를 구현해 더욱 눈길을 끈다.
연구팀은 또 장기간 높은 용량을 유지함을 확인해 ‘폭발하지 않는 배터리’의 상용화를 더욱 앞당길 수 있을 것으로 기대된다.
김웅희 기자 woong@idaegu.com