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전기차용 리튬 이차전지 용량 2배로 높이는 원리 규명

서강대 김동철 교수팀 "다공성 구조로 설계해 효율 높여"

(대전=연합뉴스) 박주영 기자 = 국내 연구진이 리튬이온 이차전지의 전기 저장 용량을 2배로 높일 수 있는 가능성을 제시했다.

한국연구재단은 서강대 김동철 교수 연구팀이 리튬 이차전지의 양극 재료를 여러 개의 균일한 공극(구멍)을 갖는 구조로 설계해 리튬이온 전지의 성능을 높일 수 있다는 것을 수학적 시뮬레이션을 통해 입증했다고 3일 밝혔다.

다공성 구조의 양극 재료를 가진 리튬이온 전지
다공성 구조의 양극 재료를 가진 리튬이온 전지

리튬이온 전지는 방전된 뒤에도 재충전해 사용할 수 있는 이차전지의 한 종류로, 전기자동차나 스마트폰의 차세대 에너지원으로 주목받고 있다.

하지만 고출력 조건에서 전지의 성능이 급격히 떨어지는 단점이 있어 상용화에 걸림돌이 되고 있다.

리튬이온 전지는 크게 음극(흑연), 양극(리튬코발트산화물), 전해질 등으로 구성돼 있는데, 이중 양극 산화물 내부의 '상'(phase) 변화 때문에 리튬 이온의 유입이 어려워지는 것으로 알려져 있다.

이 때문에 양극 재료나 구조를 바꿔 리튬이온 전지의 성능을 개선하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.

연구팀은 다공성 구조로 양극 재료를 설계하면 리튬이온 전지의 비용량(단위무게 당 전지 용량)을 2배로 높일 수 있다는 것을 이론적 수학식을 통해 밝혀냈다.

고출력 조건에서 기존 공극이 없는 구형 양극 재료를 사용했을 때보다 비용량 손실이 2배가량 줄어드는 것으로 나타났다.

또 공극이 골고루 균일하게 분포할 경우 특정 부위에 몰려 있을 때보다 비용량이 더 높았다.

다공성 양극 재료 설계에 따른 리튬이온 전지 성능 분석
다공성 양극 재료 설계에 따른 리튬이온 전지 성능 분석

수학적 시뮬레이션을 통해 리튬이온 전지 설계 방식을 연구한 것은 이번이 처음으로, 전지 성능을 분석하는 데 드는 시간과 비용을 줄여줄 것으로 기대된다.

이번 연구는 교육부·한국연구재단의 이공학개인기초연구지원사업, 학문후속세대양성사업 등의 지원을 받았다. 연구 결과는 국제 학술지 '사이언티픽 리포트'(Scientific Report) 지난 2월 13일 자에 실렸다.

jyoung@yna.co.kr

<저작권자(c) 연합뉴스, 무단 전재-재배포 금지> 2017/04/03 12:00 송고

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