오지민 교수. 경북대학교 제공경북대학교와 한국전자통신연구원(ETRI) 공동 연구팀이 전기차, 드론 등 차세대 모빌리티에 쓰이는 고에너지밀도 리튬전지를 급속 충전할 수 있는 원리를 밝혀냈다.
7일 경북대학교는 스마트모빌리티공학과 오지민 교수팀과 한국전자통신연구원 이명주 박사가 고니켈 함량 양극을 사용하는 고에너지밀도 리튬전지의 급속 충전을 가능하게 하는 전해질 설계와 전극 표면 성능 향상 메커니즘을 규명했다고 밝혔다.
고니켈 함량 리튬전지는 에너지밀도가 높아 충전 시 오래 사용할 수 있지만 충전 속도를 높일 경우 전극 열화 등으로 급속 충전에 한계가 있었다.
연구팀은 리튬 이온 이동이 빠른 에테르계 전해질에 배터리 전극을 보호해 급속 충전을 가능하게 하는 첨가제인 FEC(플루오로에틸렌 카보네이트)를 도입해 배터리 설계 용량 전체를 12분에 충전할 수 있는 전류 조건에서도 안정적인 충·방전이 가능함을 확인했다.
또 NCM(니켈·코발트·망간) 계열 양극 소재를 비교 분석해 전지 설계 용량과 니켈 함량이 서로 다르더라도 FEC를 도입하면 기존 전해질 성능 대비 계면 전도와 이온 이동이 향상된 점을 체계적으로 규명했다.
오지민 교수는 "이번 연구는 전해질과 전극을 함께 고려하는 '통합 설계 전략'의 필요성을 보여준 사례"라며 "급속 충전의 근본 메커니즘을 규명한 만큼, 전기차와 에너지저장장치 등 다양한 분야의 성능 향상에 기여할 것"이라고 말했다.
이번 연구는 경북대와 한국연구재단, 한국산업기술기획평가원 등의 지원으로 수행됐으며 연구 결과는 공학·융합 분야의 국제 학술지인 '리절츠 인 엔지니어링(Results in Engineering)'에 게재됐다.