KAIST 전기차 배터리 15분 충전 기술 개발
KAIST 전기차 배터리 15분 충전 기술 개발
국내 연구진이 전기차 배터리의 충전 시간을 15분으로 줄이는 기술을 개발했다
최남순 한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 교수 연구진이 홍승범 KAIST 신소재공학과 교수 연구진과 함께
전기차 배터리의 충전 속도를 획기적으로 단축할 수 있는 새로운 전해질 기술을 개발했다고 17일 밝혔다
이번 연구는 11일 국제 학술지인 어드밴스드 머티리얼즈에 게재됐다
전기차 보급이 확대되면서 배터리 충전 속도를 높이는 것은 업계의 핵심 과제다
현재 사용되는 리튬이온 배터리는 에틸렌 카보네이트 기반 전해질을 사용하지만 이 전해질은 점성이 높아 리튬이온이 원활하게 이동하지 못하는 문제가 있다
또한 음극 표면에 형성되는 두꺼운 계면층이 고속 충전을 방해하고 충전 중 금속 리튬이 음극 표면에 쌓이면서 배터리 수명을 단축시키고 화재 위험을 증가시킨다는 한계가 있었다
연구진은 이를 해결하기 위해 에틸렌 카보네이트를 대체할 수 있는 새로운 전해질 용매인 아이소부티로니트릴을 활용했다
isoBN 용매는 기존 에틸렌 카보네이트 전해질 대비 점성은 55% 낮으면서도 이온 전도도는 54% 높아 리튬이온이 배터리 내부에서 더 빠르게 이동할 수 있도록 최적화됐다
연구진이 isoBN 전해질을 적용한 배터리를 실험한 결과 15분 내 고속 충전이 가능했고 300회 충·방전 사이클 이후에도 94.2%의 높은 용량 유지율을 기록하는 것을 확인했다
특히 충전 과정에서 리튬이 음극 표면에 쌓이지 않아 배터리 수명 단축 문제를 해결할 수 있음도 입증됐다
아울러 연구진은 원자간력 현미경을 활용해 리튬이온 이동 과정을 세계 최초로 영상화하는 데 성공했다
이를 통해 전해질 조성이 배터리 내부 구조와 성능에 미치는 영향을 명확히 규명했다
음극 표면에 형성되는 두꺼운 계면층이 고속 충전을 방해하고 충전 중 금속 리튬이 음극
표면에 쌓이면서 배터리 수명을 단축시키고 화재 위험을 증가시킨다는 한계가 있었다
연구진은 이를 해결하기 위해 에틸렌 카보네이트를 대체할 수 있는 새로운 전해질 용매인 아이소부티로니트릴을 활용했다
isoBN 용매는 기존 에틸렌 카보네이트 전해질 대비 점성은 55% 낮으면서도
이온 전도도는 54% 높아 리튬이온이 배터리 내부에서 더 빠르게 이동할 수 있도록 최적화됐다
이번 연구는 전기차 배터리의 가장 큰 단점이었던 긴 충전 시간을 획기적으로 줄이고 배터리 수명 문제까지 해결하는 기술로 평가된다
또한 isoBN 용매는 섭씨 영하 10도의 저온 환경에서도 안정적으로 작동해 혹한 지역에서도 원활한 배터리 사용이 가능할 것으로 기대된다
최남순 교수는 이번 연구는 기존 전해질 소재의 한계를 극복하는 니트릴계 전해질 기술로 충전 시간 단축에 따른 전기차 대중화를 앞당기는 데
진전을 이뤘다며 향후 에너지 저장 시스템 ESS 드론 우주 항공 산업 등 다양한 분야에서 리튬이온전지의 고속 충전 기술이 실용화될 수 있을 것으로 기대된다
