"한 번 충전으로 800km 주행"…국내 연구 '네이처 에너지' 게재

한양대 연구진, '전고체전지' 성능 저하 원인 규명
상업화 조건 평가서도 우수성 보여
한 번 충전으로 전기차 800km 주행…화재 위험도 낮아

한양대학교 에너지공학과 선양국 교수 (사진=한양대 제공) *재판매 및 DB 금지

[서울=뉴시스]윤신영 인턴 기자 = 국내 연구진이 전고체전지의 성능 저하 원인을 규명하고 이를 극복할 수 있는 새 소재 기술을 개발했다. 연구는 에너지 분야 저명 학술지 '네이처 에너지(Nature Energy)'에 20일 게재됐다.

한양대는 에너지공학과 선양국 교수 연구팀이 전고체전지의 성능 저하를 극복할 수 있는 양극 소재 기술을 개발해 전고체전지 상용화에 새 가능성을 제시했다고 21일 밝혔다.

전고체전지는 고체 전해질을 사용해 발화 및 폭발 위험을 원천 차단하는 차세대 배터리 기술이다. 다만 에너지 밀도를 높이기 위해 니켈 함량이 높은 양극 소재를 사용할 경우 계면 손상 및 미세 균열 발생으로 양극 내부가 비활성화되는 문제가 있었다.

연구팀은 니켈 함량 증가에 따른 성능 저하 요인을 정량적으로 분석했다. 그 결과 니켈 함량이 80% 이하일 때는 계면 손상이 주요 성능 저하 원인이 되고, 90% 이상일 때는 미세 균열과 전해질 접촉 저하가 문제가 됨을 발견했다.

이에 연구팀은 전고체전지에 최적화된 하이니켈 양극 소재를 개발했다. 이후 코팅을 통해 계면 안전성을 강화하고 방사형 배열 구조를 적용해 충전 및 방전 시 발생하는 변형을 최소화하는 방법을 적용했다.

전고체전지 열화 메커니즘 및 이를 극복할 수 있는 양극 소재 개발 전략 모식도. (사진=한양대 제공) *재판매 및 DB 금지

개발된 소재를 적용한 전고체전지는 저압 구동에서도 높은 에너지 밀도와 수명 안정성을 보였다. 특히 실제 상업화에 요구되는 조건으로 진행된 평가에서는 기존 전고체전지 대비 에너지밀도와 내구성이 크게 향상되는 것으로 나타났다.

연구 관계자는 개발된 전고체전지를 전기차에 적용할 경우, 한 번 충전으로 800km 이상 주행할 수 있으며 화재 위험이 낮아 안전성도 매우 높다고 설명했다.

연구를 이끈 선양국 교수는 "이번 연구를 통해 전고체전지의 성능 저하 요인을 정량적으로 분석하고, 이를 극복할 핵심 기술을 개발했다"며 "우리나라가 차세대 배터리 시장에서 글로벌 경쟁력을 확보할 수 있도록 연구를 지속하겠다"고 전했다.

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