“-80도에 전기차 작동” 中서 전해질 개발 “문제는…”

中저장대 연구진, 네이처에 논문 게재
“영하 80~영상 60도에 리튬이온배터리
충전·가동 가능한 새로운 전해질 개발”

충전 중인 전기차 자료사진. 기사의 이해를 돕기 위한 이미지. 기사 내용과 직접 관련이 없습니다. 게티이미지뱅크

중국 연구진이 영하 80도의 혹한에서 리튬이온배터리를 가동하고 충전할 수 있는 새 전해질을 개발했다고 홍콩 일간 사우스차이나모닝포스트(SCMP)가 3일 보도했다.

SCMP는 “기존의 리튬이온배터리는 높은 에너지 밀도, 넓은 작동 온도 범위, 고속 충전을 모두 충족할 수 없어 저온 환경에서만 사용됐다”며 “중국 저장대 연구진이 지난달 28일 국제 학술지 네이처에 실은 논문을 통해 지금까지 알려지지 않은 이온 이동법으로 극한의 환경에서 고에너지 배터리를 제작할 길을 열었다”며고 보도했다.

연구를 주도한 판슈린 저장대 교수는 SCMP에 “새 배터리가 전기차, 항공기, 해양 전자기기, 철도, 극지 탐사·통신을 포함해 다양한 분야에서 적용될 수 있다”고 설명했다.

기존 리튬이온배터리 전해질은 유기용제에 용해된 리튬염으로 생성된다. 이 전해질은 전지에서 이온 수송을 제한하는 요인이었다. 판 교수와 저장대 연구진은 4년의 연구 끝에 ‘플루오로아세토니트릴’(fluoroacetonitrile)이라는 용매를 사용하는 전해질을 개발했다. 미국 연구진도 협력했다.

SCMP는 “저장대의 연구 성과로 영상 60도에서 영하 80도에 리튬이온배터리가 고용량, 고안전성으로 작동할 수 있게 됐고 추위에서 초고속 충전이 가능해졌다”고 설명했다.

네이처에 따르면 전해질의 작은 용매 분자는 리튬이온 주위에 두 겹의 층을 형성하고 이온을 운반할 수 있는 통로를 만든다. 이는 ‘리간드 채널 수송’(ligand-channel transport)으로 불린다. 저장대 연구진은 “리간드 채널 수송 촉진 매커니즘이 고에너지 배터리가 극한 환경에서 작동할 길을 열어준다”고 설명했다.

그 결과 새 전해질의 이온전도도는 영하 70도에서 1만배 높았다. 연구진은 “새 전해질 설계 원리가 리튬이온배터리뿐만 아니라 나트륨, 혹은 칼륨 기반의 이온배터리에서도 매우 효과적”이라고 주장했다.

다만 네이처는 새 전해질이 기존 배터리 설계에서 효과적으로 작동하기 위해 추가 연구가 필요하다고 지적했다. 판 교수는 용매의 비용을 새 전해질의 상업화를 제한하는 요소로 지목했다.

김철오 기자 kcopd@kmib.co.kr