POSTECH 연구진이 전기차 배터리를 오래 사용할 수 있는 새로운 원리를 밝혀냈다. 배터리에서 산소가 빠져나가는 현상을 적절히 조절하면 오히려 배터리 수명과 성능을 높일 수 있다는 연구 결과다.POSTECH 배터리공학과 홍지현 교수와 임국현 박사, 배터리공학과·신소재공학과 박규영 교수, 신소재공학과 이호준 씨 연구팀은 차세대 전기차 배터리 소재로 주목받는 망간계 양극 소재의 성능 저하 원인을 규명하고 이를 개선할 수 있는 설계 방법을 제시했다.연구 대상은 ‘리튬과잉층상구조소재(LMRO)’다. 이 소재는 값비싼 니켈과 코발트 사용량을 줄이면서도 기존 니켈 기반 양극재보다 약 20% 많은 에너지를 저장할 수 있어 저렴하면서 주행거리가 긴 전기차 배터리 소재로 주목받고 있다. 하지만 충전과 방전을 반복할수록 용량과 전압이 떨어지는 문제가 있었다.연구팀은 수백 차례 충·방전 과정에서 배터리 내부 구조가 어떻게 변하는지를 분석했다.원래 양극재 안에서는 리튬과 금속 원자가 층층이 규칙적으로 배열돼 있다. 그러나 충전을 반복하면 산소가 조금씩 빠져나가면서 원자 배열이 뒤섞이는 ‘무질서 구조’로 변하는 것으로 나타났다. 연구팀은 빠져나가는 산소의 양이 이 구조 변화를 결정하는 핵심 요인이라는 사실을 확인했다.특히 산소가 빠지는 현상이 반드시 배터리 성능 저하로 이어지는 것은 아니었다. 산소 방출량을 적절히 조절해 내부 구조를 변화시키자 리튬이 이동할 수 있는 통로가 늘어나 배터리가 사용할 수 있는 용량도 증가했다.실제로 산소 방출량을 정밀하게 조절한 소재는 200회 이상 충·방전한 뒤에도 초기 성능의 98.4%를 유지했다.연구팀은 배터리 충전 정도와 작동 온도, 소재 표면 환경 등을 조절하면 산소가 빠져나가는 양을 제어할 수 있어 배터리 열화를 늦추고 수명을 늘리는 데 활용할 수 있을 것으로 보고 있다.홍지현 교수는 “배터리 구동 온도나 표면 환경을 조절하면 열화를 늦추고 수명을 연장할 수 있다”며 “산소 손실을 조절해 용도에 맞는 차세대 전기차용 배터리를 설계할 수 있을 것”이라고 말했다.이번 연구는 에너지 분야 국제학술지 ‘에너지 & 환경과학(Energy & Environmental Science)’에 게재됐다.
;){kind=link}
