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전기자동차의 주행거리를 기존 대비 1.5배 늘릴 수 있는 고용량·고성능 리튬 금속 배터리 기술이 국내연구진에 의해 개발됐다.
10일 광주과학기술원(지스트) 신소재공학부에 따르면 엄광섭 교수 연구팀이 개발한 새 배터리는 리튬이 존재하지 않는 리튬-프리 소재인 바나듐 산화물을 양극 소재로 사용해 기존 배터리보다 용량을 1.5배 늘릴 수 있는 것이 특징이다.
기존 리튬 배터리의 양극 소재는 코발트(Co), 니켈(Ni), 망간(Mn), 철(Fe) 등의 산화물이 사용되지만 전기차 주행거리를 늘리기 위해 바나듐 산화물이 새로운 양극 소재로 부각되고 있다.
바나듐 산화물은 기존 전이 금속 산화물 양극 소재 대비 용량이 1.5~2배 이상 높지만 배터리의 충·방전 과정에서 안정성이 낮고 이온·전자 전도성이 낮아 상용화되지 못했다.
연구팀은 이를 해결하기 위해 기존의 수열합성법에 결정 성장 억제제를 첨가한 뒤 열처리를 진행하는 새로운 합성법을 이용했다. 이를 통해 나노플레이트가 적층된 계층 나노구조의 바나듐 산화물 양극 소재를 개발했다.
연구팀이 개발한 바나듐 산화물 소재는 충·방전 과정 동안 안정적으로 구조를 유지하는 데다 빠른 충·방전 전류 조건에서도 높은 용량 확보가 가능하다.
이밖에 연구팀은 개발된 양극 소재와 리튬 금속 음극을 완전셀로 구성해 고성능 리튬 배터리를 구현하는 데도 성공했다.
이번 연구 성과는 최근 발간된 세계적인 재료 분야 저명 학술지 '스몰'(Small)의 전면 표지 논문으로 선정되기도 했다.
엄 교수는 "이번 연구 성과는 차세대 고에너지 리튬 금속 배터리 개발에 대한 새로운 가능성을 제시할 것"이라고 기대했다.
