전기차 주행거리 2배 늘릴 리튬이온 배터리 개발

신규 배터리 충?방전 횟수 당 실제 측정되는 에너지 저장 용량을 보여주는 그래프. 그래프의 빨간색 데이터는 충방전 1회당 기록된 에너지저장용량을, 파란색 데이터는 충방전 에너지 저장 효율을 의미한다
<신규 배터리 충?방전 횟수 당 실제 측정되는 에너지 저장 용량을 보여주는 그래프. 그래프의 빨간색 데이터는 충방전 1회당 기록된 에너지저장용량을, 파란색 데이터는 충방전 에너지 저장 효율을 의미한다>

한 번 충전으로 300㎞까지 달릴 수 있으면서도 무게는 기존의 절반으로 줄일 수 있는 새로운 리튬이온 배터리가 개발됐다.

엄광섭 광주과학기술원(GIST) 신소재공학부 교수와 이정태 미국 매사추세츠공대(MIT) 전자공학연구소 박사팀은 리튬·실리콘(음극) 및 황·셀레늄(양극)을 이용해 기존 리튬이온 배터리보다 무게당 용량을 4배, 수명은 2배 이상 늘인 새로운 개념의 리튬이온 배터리를 개발했다고 10일 밝혔다. 기본 리튬이온 배터리 용량은 g당 100~150mAh 수준이다.

기존의 상용 리튬이온 배터리 전극 재료는 그래파이트(음극)와 리튬금속산화물(양극)이다. 두 소재 모두 에너지 저장 용량을 늘리는 데 한계를 보이고 있다.

연구팀은 `실리콘 음극`과 `황 양극`에 주목해 황 양극에 셀레늄을 첨가, `리튬·실리콘 음극`, `황·셀레늄 양극`으로 구성된 배터리를 만들었다. 이 리튬이온 배터리는 전기자동차용으로 사용할 때 1회 충·방전당 에너지 저장 밀도가 무게당 현재의 2배 이상이기 때문에 같은 무게의 배터리를 사용한다면 1회 충전 때 현재 전기차 주행 거리의 약 2배(약 300㎞)까지 늘어날 수 있다.

1500회의 충·방전 사이클 동안 성능은 19% 감소, 약 4년 동안 사용해도 용량은 80% 이상 유지할 수 있는 것으로 나타났다.

엄 교수는 “새로 개발된 배터리가 상용화되면 1회 충전 때 주행 거리가 150㎞ 이내에 머물고 있는 전기자의 주행 거리를 대폭 늘릴 수 있다”면서 “첨가물 종류와 양 조절 및 전해질 안정성 연구 등 최적화 연구를 지속해서 용량은 1.5배, 수명은 2배 이상 더 향상시킬 수 있을 것”이라고 설명했다.

광주=김한식기자 hskim@etnews.com