전기차 1분 내에 초고속 충전 개발

 

전기차 1분 내에 초고속 충전 개발

 

스크랩 : http://blog.daum.net/dosu92

 

국내 연구진이 리튬 2차 전지의 출력과 용량을 동시에 획기적으로 높일 수 있는 방법을 개발했다고 2012.08.13일 발표했다. 울산 과학 기술 대학교(UNIST) 친환경 에너지 공학부 조재필 교수가 주도하고 이상한 박사 과정생 등이 참여한 연구팀은 리튬 전지에 유기 용매를 첨가하는 방식으로 기존 기술에 비해 충전 시간을 최대 120배까지 단축할 수 있는 전극 소재 원천 기술을 개발했다.

 

이 기술을 사용하면 배기량 2000cc 정도의 중형 전기 자동차를 충전하는 시간이 6초만에 50% 충전, 1분 내에 100% 충전된다. 다만 신기술이 상용화되기까지는 다소 시간이 걸릴 것으로 보인다. 전지를 양산해 실제 전기 자동차 생산에 적용하기엔 아직 경제성이 떨어지기 때문이다. 이에 연구팀은 기업에 대한 기술 이전을 통해 상용화 시기를 앞당길 계획 이다.

 

리튬 2차 전지의 세계 시장 규모는 2010년 100억 달러를 돌파했으며, 2012년 전기 자동차용 중대형 전지 시장의 확대로 200억 달러를 돌파할 것으로 예상하고 있다. 특히 전극 소재 시장은 80억 달러에 달할 것으로 예측된다.

 

리튬 2차 전지는 한 번 쓰고 버리는 1차 전지와는 달리 외부 전원을 이용해 충전해서 반영구적으로 사용할 수 있다. 기존 2차 전지용 전극 소재는 대부분 분말 형태로 이뤄진다. 분말 입자의 크기를 줄일 경우 충전 방전 속도는 빨라지지만 전극의 밀도가 떨어져 전지의 용량이 줄어들게 된다.

 

조재필 교수 연구팀은 20 나노 미터 크기의 1차 미세 입자를 저온에서 단시간에 제조해 용액에 분산시킨 뒤 이를 다시 응집시켜 흑연 전구체가 포함된 5 마이크로 미터의 2차 입자를 만들었다. 분말 내부에 흑연 전구체를 통해 네트워크가 형성될 경우 분말 내부의 모든 미세 입자들이 동시 다발적으로 반응에 참여해 충전 속도와 방전 속도가 획기적으로 빨라진다.

 

연구팀은 "약 600℃에서 단시간 열처리를 하면 2차 입자 내에 있던 흑연 전구체가 흑연화되면서 입자 내부까지 전자가 쉽게 이동할 수 있는 경로를 제공한다"며 "또 1차 입자의 높은 표면 에너지로 인해 고밀도 입자가 형성된다"고 설명했다.

 

연구팀은 같은 방법으로 양극 소재 합성법을 개발해 기존 나노 소재 대비 전극의 밀도를 1.4배 높이고 수득률(물질을 얻는 양의 비율) 또한 기존 나노 소재 대비 1.2배 향상시켰다. 이렇게 개발된 전극 소재는 화학적으로 손쉽게 합성할 수 있고 단 6초 내에 전지 용량을 50% 사용하는 것도 가능하다.

 

조재필 교수는 "이번 연구는 현재 리튬 이온 2차 전지의 충전 및 방전 속도의 한계를 뛰어넘을 획기적인 사례"라며 "같은 방법을 다양한 물질에 적용해 2차 전지 전극 물질 제조에 도입해 나가겠다"고 말했다.

 

교과부 관계자는 "이번 원천 기술 개발은 지적 재산권을 선점할 수 있다는 차원에서 중요한 이슈"라고 전했다. 연구팀은 관련 기술의 국내외 특허 출원을 완료했다고 밝혔다. 이번 연구는 교육 과학 기술부 신기술 융합형 성장 동력 사업의 지원을 받았으며, 화학 분야 학술지인 앙게반테 케미 국제판 2012.08.08일자에 실렸다.