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차세대 양극재 LMR 안정화 성공…전기차 초고속 충전 기대

발행일2017.12.04 12:00

국내 연구진이 차세대 배터리 양극재로 주목받는 과리튬망간전이금속산화물(LMR)을 안정화하는 데 성공했다. 전기자동차 배터리 용량과 출력을 높여 '초고속 충전'에 기여할 것으로 기대된다.

한국과학기술연구원(KIST 원장 이병권)은 오시형 에너지융합연구단 박사팀이 최장욱 서울대 교수와 공동으로 LMR 소재의 표면 열화 현상을 극복, 새로운 양극재를 개발했다고 4일 밝혔다.

LMR는 현재 상용화된 양극재보다 에너지 밀도가 높고 안전하다. 충·방전 시 결정 구조가 복잡해지는 게 단점이다. 연구팀은 LMR 양극재 입자 표면에서 이런 현상이 일어나는 것에 주목, 표면 특성 제어에 주력했다.

Photo Image<현미경(HAADF-STEM)으로 관찰한 LMR 입자의 벌크 및 표면 원자 배열 구조>

이온전도도가 높은 지르코늄 혼합산화물을 LMR 활물질 표면에 1~2나노미터(㎚) 두께로 코팅했다. 표면에서 리튬 이온이 원활하게 확산되도록 한 것이다. 이렇게 하면 LMR 양극재의 열화 현상을 막을 수 있다. 코팅은 쉽고 간편한 한 번의 공정으로 이뤄진다.

연구팀이 개발한 양극재는 2분 이내 고속 충·방전을 300회 이상 실시해도 특성을 유지했다. 고용량, 고출력 배터리 소재로 가능성을 확인했다. 전기차 배터리에 적용하면 충전시간 단축, 주행거리 연장, 제조공정 간소화 효과가 있다.

Photo Image<새로운 LMR 양극재의 충·방전 속도에 따른 전압곡선(왼쪽)과 수명 특성>

연구팀이 확보한 양극재 합성 기법, 개선 방안은 중·대형 에너지저장시스템(ESS)에도 응용 가능하다. 핵심 전극 소재 개발 해법이다.

연구 결과는 나노기술 분야 국제학술지 '나노레터스'에 게재됐다. 과학기술정보통신부 지원을 받는 KIST 기관고유사업, 한국연구재단 기후변화대응기술개발사업으로 수행됐다.

송준영기자 songjy@etnews.com

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