연구팀이 개발한 흑연 음극에 촉매 소재 적용 사진(우)./한국전기연구원 제공

한국전기연구원 이상민 차세대전지연구센터장과 박민식 경희대 교수, 이종원 대구경북과학기술원(DGIST) 교수 연구팀이 ‘음극용 촉매 소재 및 코팅 기술’을 개발했다.
급속충전에도 배터리의 성능과 안전성을 보장하는 기술로 전기차 대중화에 크게 기여할 것으로 전망되고 있다.
리튬이온 배터리는 리튬이온이 양극과 음극을 오고 가면서 전기 에너지를 저장하거나 방전하는 원리를 이용한다.
충전 시간을 줄이려면 리튬이온이 빠르게 이동해야 하며, 흑연이 전극 내에서 지속적이고 반복적인 산화·환원 반응을 도와야 한다.
문제는 급속충전 시 흑연 음극 표면에 리튬 금속이 달라붙는 석출 현상이 발생해 배터리의 성능과 안정성이 낮아지는 점이다.
그동안 급속충전 단점을 해결하기 위해 충전 방식을 변경하는 등 다양한 시도가 있었지만, 아직 고에너지 밀도 유지와 급속충전 성능 개선을 동시에 확보한 소재 기술이 없었다.
연구팀은 흑연 음극의 단점을 해결할 ‘금속인화물 촉매 코팅 기술’을 개발했다.
개발한 촉매 소재는 배터리 전해액 내 리튬이온의 탈용매화 반응을 돕고 전하 전달 반응을 촉진했다.
배터리 내 리튬 석출 가능성을 줄여 발열 위험을 낮춰주기 때문에 급속충전 시에도 배터리의 수명이나 안전성에 영향을 미치지 않았다.
이번 기술은 국내 이차전지 관련 기업에 이전될 경우 일본, 중국 등으로부터 전량 수입에 의존했던 인조흑연 음극재를 대체할 수 있을 것으로 보인다.
연구팀은 해당 기술에 대해 국내외 특허 출원을 완료했으며, 기업을 발굴해 기술이전을 추진할 계획이다.
연구 성과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 지난 달 4일자에 게재됐다.

[저작권자ⓒ 에너지단열경제. 무단전재-재배포 금지]