포스텍, 1회 충전으로 오래쓰는 무음극 배터리 개발

화학과 박수진 교수.조성진 연구팀
울산과기원 서동화 교수.김동연 박사 연구팀과 공동 연구

국내 연구진이 1회 충전으로도 오래 쓸 수 있는 무음극 배터리를 개발했다.

포스텍은 화학과 박수진<사진> 교수·조성진 연구팀이 UNIST(울산과학기술원) 서동화 교수·김동연 박사 연구팀과의 공동연구로 1회 충전으로 오래 쓸 수 있는 무(無)음극 배터리를 개발했다고 27일 밝혔다.

이 배터리의 부피당 에너지 밀도는 977와트시/리터(Wh/L)로 상용화된 배터리(약 700Wh/L)보다 40% 높다.

한 번만 충전해도 630km를 달릴 수 있는 셈이다. 일반적으로 배터리는 충전과 방전을 거듭할 때 리튬이온이 드나들면서 음극재의 구조를 바꾼다. 시간이 갈수록 배터리 용량이 줄어드는 이유다.

음극재 없이 음극 집전체만으로 충·방전이 가능하다면 배터리 용량을 결정짓는 에너지 밀도를 높일 것으로 여겨졌다.

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.

기판이 리튬을 안정적으로 저장할 수 있음을 이론과 실험을 통해 검증하기도 했다. 나아가, 아지로다이트(Argyrodite) 계열 황화물계 고체 전해질을 이용해 전고체 반쪽 전지를 구현해 더욱 눈길을 끈다. 이 또한 장기간 높은 용량을 유지함을 확인, ‘폭발하지 않는 배터리’의 상용화를 더욱 앞당길 수 있을 것으로 기대된다.

조석현기자 다른기사 보기