한국일보

급속충전에도 배터리 성능 안전성 '이상무'… KERI, 음극 촉매 소재 개발

입력: 2021.02.03 14:24

이상민 박사팀, 흑연 표면에 금속인화물
촉매 코팅해 급속충전 단점 해결
전기차 및 ESS 분야 활용 '기대'

한국전기연구원(KERI) 차세대전지연구센터 이상민 센터장과 경희대 박민식 교수, 대구경북과학기술원(DGIST) 이종원 교수가 주축이 된 연구팀이 급속충전에도 배터리의 성능과 안전성을 보장하는 획기적인 '음극용 촉매 소재 및 코팅 기술'을 개발했다.

리튬이온 배터리는 리튬이온이 양극(+)과 음극(-)을 오가면서 전기 에너지를 저장 및 방전하는 원리다.

충전 시간을 줄이기 위해서는 리튬이온이 빠르게 이동해야 하는데, 흑연은 이 과정에서 결정 구조의 변화가 작다는 장점으로 전극 내에서 지속적이면서도 반복적인 산화-환원 반응을 가능하게 한다.

하지만 급속충전 시에는 흑연 음극 표면에 리튬 금속이 석출(deposition·고체 표면 주위에 어떤 물질이 부착·응집하는 것)돼 배터리의 성능과 안정성을 낮추는 문제점이 있었다.

KERI가 개발한 금속인화물 촉매 코팅기술은 이 같은 흑연 음극의 단점을 해결했다.

연구팀은 개발한 촉매 소재가 다양한 연구 과정에서 석유화학 공정의 탈질·탈황 반응에 유용하게 쓰이는 것을 파악하고, 배터리 급속충전 시 전하 전달 반응에도 유사한 메커니즘이 작동될 것으로 기대하며 지속적인 응용연구를 수행했다.

그 결과 촉매 소재가 배터리 전해액 내 리튬이온의 탈용매화 반응을 돕고, 전하 전달 반응을 촉진시켜 급속충전 시에도 배터리의 수명이나 안전성에 전혀 영향을 미치지 않는다는 점을 발견했다.

이번 성과를 통해 전기차 대중화에 가장 큰 걸림돌 중 하나였던 급속충전 시 발생하는 각종 문제점을 개선할 수 있는 계기를 마련했다.

특히 해당 기술이 국내 이차전지 관련 업체들에게 이전될 경우, 그동안 일본과 중국 등으로부터 전량 수입에 의존했던 고품질의 '인조흑연 음극재'를 대체할 수 있게 된다.

이상민 KERI 차세대전지연구센터장은 "급속충전 단점을 해결하기 위해 다양한 시도가 있었지만 지금까지 고에너지 밀도 유지와 급속충전 성능 개선을 동시에 확보할 수 있는 소재 기술은 전무한 상황이었다"며 "KERI가 개발한 촉매 소재 및 코팅 기술은 배터리 내 리튬 석출의 가능성을 현저히 감소시켜 발열 위험을 낮춰주기 때문에 급속충전 시에도 성능과 안전성을 모두 보장해줄 수 있다"고 말했다.

이 기술은 국제학술지인 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 게재됐다. 연구팀은 개발 기술과 관련한 국내외 특허 출원을 완료했으며, 해당 기술이 전기차 및 전력저장장치(ESS) 산업계의 많은 관심을 받을 것이라 보고 관련 수요업체를 발굴하여 기술이전을 추진할 계획이다.

이동렬 기자 dylee@hankookilbo.com

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한국, '산유국' 꿈 현실되나

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러시아, 우크라이나 침공

젤렌스키 "러시아 쿠르스크 작전에 북한군 상당수 투입"

러시아에 파병된 북한군 상당수가 전투에 투입돼 우크라이나군과 교전을 벌였다고 볼로디미르 젤렌스키 우크라이나 대통령이 밝혔다. 북한군이 단순 후방 지원 임무뿐 아니라 격전지 전투에 깊숙이 개입하고 있다는 정황이 계속 드러나고 있다. 14일(현지시간) 로이터통신에 따르면 젤렌스키 대통령은 이날 정례 연설에서 "러시아가 (우크라이나가 지난 8월 기습 점령한 러 접경 격전지) 쿠르스크 지역에서 우리 군을 몰아내기 위해 상당수의 북한군을 동원하기 시작했다"고 말했다. 그러면서 "러시아는 북한군을 자기 부대에 통합해 쿠르스크 작전에 투입하고 있다"고 덧붙였다. 우크라이나가 북한군의 전장 투입을 주장한 것은 처음이 아니다. 우크라이나군은 지난 3일에도 "(전체 파병 북한군 약 1만1,000명 중) 약 2,000명이 적극적으로 적극적으로 전투에 참여하고 있다"며 "나머지 9,000명은 예비 병력으로 남아 있다"고 밝혔다. 앞서 13일 미국의 북한 전문매체 NK뉴스에 따르면 러시아 군사 블로거들도 최근 "북한군이 쿠르스크에서 우크라이나군 300명을 살해했다"고 주장했다. 다만 젤렌스키 대통령은 파병 북한군이 우크라이나 영토를 침범하지는 않았다고 설명했다. 젤렌스키 대통령은 "현재로서는 쿠르스크 내 작전에만 북한군이 배치돼있다"며 "우리는 북한군을 포함한 어떤 위협에도 맞서 싸울 것"이라고 강조했다. 한편 북대서양조약기구(NATO·나토)와 유럽연합(EU) 주요국들은 이달 18일 비공개회의를 갖고 종전 뒤 우크라이나에 유럽 군대를 '평화유지군'으로 배치하는 구상을 논의할 예정이라고 정치전문매체 폴리티코 유럽판이 지난 13일 보도했다. 이는 도널드 트럼프 미국 대통령 당선자의 종전 구상으로, 평화유지군은 러시아와 우크라이나가 평화 협정을 준수하는지 감시하는 임무를 맡을 전망이다. 18일 나토·EU 회의에는 마르크 뤼터 나토 사무총장과 젤렌스키 대통령, 독일 프랑스 폴란드 영국 정상 등이 참석할 것으로 전해졌다.