DGIST, 고용량 고안전성 NCM 양극소재 개발
양극재 표면 나노공극 원인..충전전압 높여 해결
한 번 충전으로 전기차 주행거리 1000㎞ 시대를 열 수 있는 고용량 양극재 기술이 나왔다.
대구경북과학기술원(DGIST)은 박경수 화학물리학과 교수 연구팀이 박광진 가천대 교수팀과 공동으로 전기차 배터리의 핵심 부품인 양극재 성능을 향상하는 기술을 개발했다고 5일 밝혔다.
양극재는 배터리 용량과 수명, 출력 특성, 안정성 등 주요 성능을 결정하는 물질로, 리튬이온을 저장하고 전기에너지를 전달한다. 현재 니켈 함량이 높은 NCM(니켈·코발트·망간) 양극재는 기존 소재보다 더 많은 에너지를 저장할 수 있어 전기차 주행거리를 크게 늘릴 수 있다.
하지만 니켈 함량이 많을수록 반복적인 충·방전 과정에서 입자 균열과 급격한 용량 감소가 발생하고, 가스가 다량 배출돼 안전성이 떨어지는 한계가 있다.
연구팀은 투과전자현미경과 표면분석기술 등 고도의 분석기법을 활용해 낮은 초기 충전 전압에서 표면에 나노 크기의 공극이 생겨 배터리 성능이 저하된다는 사실을 밝혀냈다. 또한 기존의 복잡한 도핑이나 표면처리 공정 없이 초기 충전 전압을 높게 설정해 양극재 구조를 안정적으로 유지시켜 나노 균열이나 성능 저하를 막을 수 있다는 것을 확인했다.
박경수 DGIST 교수는 "니켈리치 양극 소재의 성능저하 원인을 원자 수준까지 규명하고, 양극 소재의 용량과 안전성을 쉽게 높이는 새로운 방안을 제시한 데 의의가 있다"며 "이를 기반으로 주행거리 1000㎞ 시대를 여는 차세대 리튬이온 배터리 개발에 기여하겠다"고 말했다.
이 연구결과는 국제 학술지 'ACDS 나노(지난달 21일자)' 온라인에 실렸다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr
