KAIST(총장 신성철)가 고속으로 충전할 수 있는 고성능 리튬 산소전지를 개발했다. 리튬 산소전지의 충전 성능을 높인 것으로, 차세대 전지 상용화 기반을 마련한 것으로 평가된다.
KAIST는 변혜령 화학과 교수팀, 정유성 EEWS 대학원 교수팀이 고속 충전·고효율을 구현한 리튬 산소전지를 개발했다고 29일 밝혔다.
리튬 산소전지는 기존의 상용 리튬이온 전지보다 에너지 밀도가 3~5배 높은 차세대 전지다. 산소를 이용해 가볍고 친환경이라는 장점도 있다.
다만 그동안은 방전 과정에서 리튬 산소 전지 내부에 형성되는 리튬과산화물 때문에 고속 충전이 어려웠다. 리튬과산화물은 전기가 잘 통하지 않는 절연체다. 주입 전력이 아무리 많아도 리튬산화물이 분해되지 않아 실제 충전 양이 적을 수밖에 없다. 충·방전 사이클 횟수, 전지 효율 성능(투입 대비 회수 전력 비율)도 떨어뜨린다.
연구팀은 다공성 탄소물질인 'CMK-3'를 전극으로 사용, 문제를 해결했다. CMK-3 전극은 리튬과산화물을 비결정질화 역할을 한다. 전극 내 구멍에서 리튬과산화물이 자라나도록 해 생성물 크기를 대폭 줄인다. 이 결과 리튬과산화물 전도성은 높이는 데 성공했다.
이 기술을 적용하면 그동안 불가능하던 리튬 산소전지 고속 충전이 가능해진다. 충전 속도를 40배 높여도 80%의 전지 효율 성능을 유지할 수 있다.
연구팀은 이 기술을 다른 차세대 전지에도 활용할 수 있다고 설명했다. 촉매나 첨가제를 사용하지 않고 생성물을 제어, 다양한 전지 성능을 개선할 수 있다.
변혜령 교수는 “리튬과산화물의 형상, 구조, 크기를 제어해 전지 전체의 전기화학 특성을 변화시킬 수 있었다”면서 “이 기술은 리튬 산소전지뿐만 아니라 다른 차세대 전지에도 활용할 수 있어 특히 활용도가 높다”고 설명했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
