리튬이온 배터리의 저온 특성을 개선하기 위한 연구가 활발한 가운데 중국 연구팀이 영하 40도에서도 정상 작동하는 리튬이온 배터리 소재를 개발했다.
중국 푸단대 왕용강 교수팀은 영하 40도 추위에서도 정상 대비 3분의 2 효율을 내는 배터리 전극 소재를 개발했다. 연구 결과는 최근 응용화학 분야 국제확술지 앙케반테 케미(Angewandte Chemie International Edition)에 실렸다.
연구팀은 리튬이 환원된 바나듐 인산염 양극과 예비리튬화된 하드카본 음극을 결합해 리튬이온배터리 시스템을 만들었다. 이렇게 만들어진 배터리는 기존 리튬이온 배터리의 높은 에너지밀도와 고출력, 긴 수명 등 장점을 유지하면서 저온 특성을 향상시킬 수 있다.
연구팀에 따르면 이 배터리 시스템은 영하 40도 이하 환경에서도 67% 용량을 유지한다. 기존 리튬이온 배터리는 영하 40도 이하에서 효율이 10%로 떨어진다.
연구팀은 “바나듐 인산염 양극의 저온 특성과 예비리튬화된 하드카본 음극의 빠른 역학 특성을 활용해 이 같은 결과를 냈다”면서 “많은 테스트를 통해 이 배터리 시스템이 다른 전기화학적 기준을 충족시킨다는 사실을 확인했다”고 말했다.
리튬이온 배터리는 영하 20도에서 영상 60도까지 사용이 가능하다. 하지만 실온에서와 달리 온도가 내려갈수록 출력이 떨어진다. 배터리 내부에서 전기화학 반응을 일으키는 리튬이온 이동속도가 떨어지기 때문이다. 영하 10도에서는 대략 최대 효율의 60~70%를 내고, 영하 20도에서는 효율이 40% 이하로 떨어진다.
업계 관계자는 “리튬이온 배터리는 저온 충전 시 성능 문제가 생기는데 지금까지는 대부분 전자기기를 실내에서 충전했기 때문에 크게 문제가 되지 않았다”면서 “전기자동차는 야외에서 충전할 뿐만 아니라 러시아나 북유럽 등 추운 기후에 판매되는 모델에도 동일한 부품을 탑재해야하기 때문에 리튬이온 배터리 저온 특성이 더 중요해지고 있다”고 말했다.
정현정 배터리/부품 전문기자 iam@etnews.com
