1000㎞ 가는 전기차 눈앞? 中연구진 "전고체 배터리 난제 풀었다"

중국 연구진이 이론상 전기차 주행거리를 두 배 이상 늘리면서도 안전성을 끌어올릴 수 있는 전고체 배터리 연구결과를 내놨다. 중국 언론에선 이 연구결과가 전고체 배터리를 상용화 단계로 끌어올릴 결정적 진전이라고 평가한다.

/AP=뉴시스

16일 중국중앙TV(CCTV)와 홍콩 사우스차이나모닝포스트(SCMP) 등에 따르면 중국과학원 물리연구소 연구팀은 최근 일종의 특수 접착제 역할을 하는 '요오드 이온'을 개발했다. 이 이온은 전기장에 따라 전극과 전해질의 경계면으로 이동해 리튬이온이 잘 통과할 수 있도록 유도하는 동시에 미세한 틈을 자동으로 채워줘 전극과 전해질이 밀착되도록 한다. 이 연구결과는 네이처가 발행하는 학술지 '네이처 서스테이너빌리티'에 게재됐다.

고체 전해질을 사용하는 전고체 배터리는 현재 폭넓게 사용되는 리튬이온배터리보다 안전하면서도 동일한 무게로 2~3배의 에너지를 저장할 수 있어 전기차 주행거리를 1000km 이상으로 늘려줄 꿈의 배터리로 퉁한다. 하지만 전극과 전해질 사이의 물리적 접촉 불량으로 충·방전 과정 중 계면이 갈라지거나 부풀어 올라 전류 흐름이 끊어질 수 있다. 이 부분이 그동안 전고체 배터리 상용화를 가로막는 최대 난제였다.

SCMP는 중국과학원 물리연구팀이 개발한 요오드 이온을 '액체 봉인(liquid seal)'으로 비유하며 '전고체 배터리 상용화를 가로막던 가장 큰 난제를 해결했다'고 평가했다. 네이처 서스테이너빌리티에 게재된 연구팀 논문에 따르면 이 기술로 제작된 시제품은 수백 회의 충방전 후에도 안정성을 유지했으며 비용 절감 효과도 확인됐다.

CCTV는 요오드 이온 외에도 전고체 배터리 상용화를 앞당길 다른 기술도 최근 발표됐다고 전했다. 중국과학원 금속연구소는 전해질에 유연한 골격 구조를 삽입, 배터리가 수만 회 구부림에도 손상되지 않도록 하는 '유연 골격 기술'을 개발했다. 리튬이온 저장 능력 강화로 결과적으로 저장 용량이 86% 향상됐다는 게 중국과학원 금속연구소 연구결과다.

칭화대 연구팀은 '플루오르 강화 보호막 기술'을 개발했다. 연구팀은 플루오르화 폴리에테르 소재로 전해질을 개량해 전극 표면에 '플루오르화물 보호층'을 형성했다. 이 층은 고전압 환경에서도 전해질이 파괴되지 않도록 보호하며 바늘관통과 120℃ 고온 실험에서도 폭발 없이 안정성을 유지했다.

메릴랜드대 왕춘성 교수는 "전고체 배터리가 상용화로 가는 결정적인 단계"라며 "대규모 상용화를 가속화할 잠재력을 지니고 있다"고 평가했다. 다만 왕 교수는 "향후 연구는 에너지 용량을 더 늘리고, 더 혹독한 조건에서 안정성을 검증해야 한다"고 덧붙였다.

베이징(중국)=안정준 특파원 7up@mt.co.kr