전기자동차 배터리를 15분 만에 충전할 수 있는 기술이 국내에서 개발됐다. 가격은 저렴하면서 고속충전에 따른 수명 저하 문제도 개선했다.
울산과학기술원(UNIST)은 교원창업기업인 에스엠랩(SMLAB)이 리튬이온 배터리의 고속충전 단점을 개선할 수 있는 ‘단결정 양극 소재’ 기술을 개발했다고 14일 밝혔다.
전기자동차 배터리 급속 충전 시 리튬이온은 음극의 흑연 입자 내부로 들어가지 못하고 전해액과 반응해 손실된다. 양극에서도 빠른 속도로 리튬이온이 드나들게 되는데, 충전과 방전이 반복되면 부피가 팽창하면서 양극 구조를 붕괴해 리튬이온 출입을 어렵게 만든다. 이런 문제는 결국 배터리 셀(cell) 온도를 높이고, 다른 구성품도 망가뜨려 배터리 수명을 저하시킨다.
그동안은 이를 해결하기 위한 방안으로 흑연 음극 소재 개선에 초점이 맞춰졌다. 흑연 대신 리튬이온의 이동 속도가 빠른 리튬금속이나 실리콘을 사용해 충전 시간을 단축하는 것이다.
그러나 에스엠랩에서는 기존 음극 소재인 흑연을 그대로 사용하면서 니켈(Ni) 97%, 코발트(Co) 2% 미만 함량의 단결정 양극 소재를 개발해 배터리 수명을 30% 이상 높였다. 실험 결과 기존 다결정 소재는 15분씩 225회 충전 시 수명 유지율이 40%로 급격하게 저하된 반면, 단결정 소재는 충전을 300회 반복한 뒤에도 수명 특성이 85%까지 유지됐다.
개발된 소재는 현재 고객사 검증을 완료해 에스엠랩의 양산로에서 시범 생산 중이다. 에스엠랩 대표인 조재필 에너지화학공학과 교수는 “기존 고속충전용 양극 소재는 다결정이고 니켈 함량이 80% 정도에, 비싼 코발트 함량이 5% 이상”이라며 “니켈 함량을 97%까지 올리고, 코발트 함량은 2% 미만으로 줄여 가격경쟁력을 높인 단결정 양극 소재는 이번이 처음”이라고 말했다.