2분내 충전 전기 자동차 전지 개발

 

2분내 충전 전기 자동차 전지 개발

성능이 탁월하면서도 대량 생산이 가능한 리튬 2차 전지 전극 소재를 국내 연구진이 개발했다. 교육 과학 기술부는 울산 과학 기술대의 조재필 교수팀과 LG 화학 기술 연구원 배터리 연구소가 새로운 방식으로 나노 튜브를 만들어 리튬 이온 2차 전지 전극 소재로 사용한 결과 2분 안에 완전 충전 또는 방전이 가능하다는 사실을 확인했다고 2011.08.14일 밝혔다.

전기 자동차 등에 들어가는 중대형 충전 배터리 역시 2분만에 충전이 가능하다는 것이 연구팀의 설명이다. 특히 기존에 연구된 실리콘 나노 튜브와 달리 대량 합성이 가능할 뿐만 아니라 리튬 저장 능력도 3배 이상 올릴 수 있었다. 조재필 교수는 "새로운 리튬 2차 전지 전극 소재 원천 기술을 확보했다는 데 의미가 있다"며 "전기 자동차 등 중대형 전지 시장이 주된 타깃"이라고 말했다.

 

나노 튜브는 관의 지름이 수나노 미터(㎚ㆍ10억분의1ｍ)에 불과한 빨대 모양의 원자 구조체를 말한다. 연구진은 단면 지름이 수㎚에 불과한 게르마늄(Ge) 나노선 표면에 안티모니(Sb) 나노 입자를 덧씌우고 700도의 고온에서 열처리하는 방식으로 나노선의 중심부에 지름 200㎚의 나노 튜브를 만들었다.

이 나노 튜브를 전극으로 사용한 리튬 이온 2차 전지는 2분 내에 충전, 400회 충.방전 후 전지 용량 98% 이상 유지 등 이미 상용화된 전지들 보다 성능이 우수했다. 전극의 리튬 저장 능력도 기존 실리콘 나노 튜브의 3배를 웃돌았다.

이렇게 제작된 게르마늄 나노 튜브는 전자가 빠르게 이동할 수 있는 통로 역할을 하며, 종전의 전지에 비해 200배 이상의 전류를 한꺼번에 받아들일 수 있기 때문이다. 기존 휴대폰 배터리가 충전에 2시간-2시간30분 정도 걸리는 것을 감안하면 충전 시간을 70분의1 정도 줄인 것이다.

기존 실리콘 나노 튜브의 경우 일반적으로 주형(본뜨기) 작업과 화학적 부식을 통해 만드는데 수율이 낮고 대량 합성이 불가능한 반면 조재필 교수팀이 만든 나노 튜브는 상대적으로 합성이 쉽고 수율도 높다.

조재필 교수는 "리튬 2차 전지의 세계 시장 규모는 2011년 약 200억 달러를 넘어서고 이 가운데 전극 소재 시장만 80억 달러에 이를 것으로 전망된다. 이번 기술 개발은 지적 재산권 선점 차원에서 중요한 의미가 있어 국제 특허 출원도 마친 상태"라고 설명했다.

이번 연구 성과는 응용 화학 분야의 세계적 권위지 앙게반테 케미(Angew. Chem. Int. Ed) 온라인판에 VIP 논문으로 2011.08.16일 실렸다. (디지털 타임스, 입력: 2011.08.15)