경북대와 KAIST 공동연구팀이 전기차와 에너지저장장치(ESS)에 사용되는 리튬이온전지의 수명과 출력을 동시에 높일 수 있는 새로운 전극 설계 기술을 개발했다.경북대 스마트모빌리티공학과 오지민 교수팀은 KAIST 신소재공학과 홍승범 교수팀과의 공동연구를 통해 니켈·코발트·망간(NCM) 양극의 성능 저하 원인을 분석하고 레이저 표면 구조화와 전극 압착 공정을 결합한 전극 제조 전략을 제시했다고 17일 밝혔다.연구팀은 배터리 용량을 높이기 위해 전극을 압착할 경우 내부 저항 증가로 출력과 수명이 저하되는 문제에 주목했다. 이를 해결하기 위해 전극 표면에 레이저로 미세 구조를 형성해 리튬 이온 이동 경로와 전해질 침투성을 개선했다.실험 결과 최적화된 구조를 적용한 전극은 기존 전극보다 계면 저항 증가를 약 56% 억제했으며, 빠른 충·방전 환경에서도 우수한 용량 유지 성능을 보였다. 충·방전 과정에서 발생하는 니켈 용출도 약 30% 감소한 것으로 나타났다.또 전기화학 변형 현미경(ESM) 분석에서는 리튬 이온 이동 특성이 기존 대비 2.3배 이상 향상됐고, 전극 내부 이온 이동의 불균일성은 약 50% 줄어든 것으로 확인됐다.연구팀은 이번 기술이 리튬 이온 이동과 계면 반응, 결정 구조 안정성을 동시에 제어할 수 있는 새로운 전극 설계 전략이라고 설명했다.오지민 교수는 “고에너지밀도 전지의 수명과 출력 특성을 동시에 향상시킬 수 있는 새로운 방향을 제시했다”며 “전기차와 드론, 로봇, ESS 등 다양한 분야의 차세대 배터리 기술로 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.이번 연구는 한국연구재단(NRF)과 한국산업기술기획평가원(KEIT)의 지원을 받아 수행됐으며 연구 결과는 화학공학 분야 국제학술지 Chemical Engineering Journal 온라인판에 지난 3일 게재됐다.
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