한국과학기술연구원(KIST·원장 오상록)이 전기차 주행거리를 늘리면서도 배터리 수명을 오래 유지할 수 있는 새로운 양극 소재 기술을 개발했다.
KIST는 박정진 에너지저장연구센터 박사팀이 이같은 '하이니켈 배터리' 성과를 거뒀다고 27일 밝혔다.
한 번 충전으로 전기차를 더 멀리 갈 수 있게 하려면 니켈 성분이 필수다. 다만 니켈이 90%를 넘어서는 하이니켈 양극재는 충·방전을 반복할수록 '붕괴 현상'으로 수명이 빠르게 줄어든다. 이런 구조적 불안정성은 고성능 전기차 보급의 걸림돌로 작용해 왔다.
연구팀은 배터리 초기 구동 과정에서 전기를 가해 원자 배열을 재구성하고, 이를 통해 내부 층과 층 사이를 지탱하는 '원자 기둥'을 형성해 구조 붕괴를 억제했다. 이에 고니켈 양극 소재에서도 내부 균열 발생이 크게 줄어들었고 장시간 안정적인 구조를 유지할 수 있었다.
이번 기술을 적용한 배터리는 100회 충·방전 후에도 초기 성능 92% 이상을 유지해 기존 고니켈 소재보다 뛰어난 내구성을 보였다. 또 별도 첨가제나 복잡한 공정 없이 구조 안정성을 확보해 제조 공정을 단순화할 수 있다는 점도 장점이다. 배터리 생산 비용을 낮추는 동시에 장기간 사용에 따른 성능 저하와 유지 부담을 줄일 수 있다.
이번 기술은 고니켈 양극 소재 전반에 적용할 수 있어 다양한 전기차 배터리 시스템에 활용 가능하다. 성과가 전기차 가격 경쟁력 향상으로 이어져 대중적인 전기차 보급도 앞당길 것으로 기대된다. 에너지저장장치(ESS) 등 고성능·장수명 배터리가 요구되는 분야로의 확장을 통해 차세대 배터리 시장에서 우리나라 기술 경쟁력 강화를 뒷받침할 전망이다.
박정진 박사는 “이번 연구는 배터리 손상 근본 원인을 원자 수준에서 규명하고 전기화학적 방법으로 해결했다는 점에서 기술적 의의가 있다”라며 “현재 전기차용 배터리 적용을 위한 상용화 가능성을 검토 중으로 후속 연구를 통해 실제 활용으로 이어가겠다”고 밝혔다.
연구 성과는 '네이처 에너지'에 게재됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
