"전기차 주행거리 800㎞ 가능"…신개념 고성능 배터리 기술 개발

이온 전도성을 부여한 ‘엘라스토머’라는 물질로 연구진이 개발한 전고체 리튬메탈전지. 카이스트(KAIST) 제공

한 번 충전하면 500㎞ 내외인 현재의 전기 자동차 최장 주행거리를 800㎞로 대폭 늘릴 수 있는 신개념 배터리 기술이 개발됐다.

김범준 카이스트(KAIST) 생명화학공학과 교수팀과 이승우 미국 조지아공대 교수팀은 차세대 배터리로 꼽히는 ‘전고체 전지’의 기술 수준을 크게 끌어올린 공동연구 결과를 13일 국제 학술지 ‘네이처’에 발표했다.

전고체 전지는 리튬 이온이 이동하는 통로인 양극과 음극 사이의 ‘전해질’을 기존 배터리처럼 액체가 아닌 고체로 만든 것이 특징이다. 이런 전고체 전지 가운데에서도 연구진이 개발 대상으로 삼은 건 ‘전고체 리튬메탈전지’이다. 전해질을 고체로 만들고, 특히 음극재로는 리튬 금속을 사용해 붙은 이름이다.

연구진이 만든 전고체 리튬메탈전지는 안전하다. 휘발성이 높은 액체 전해질을 고체로 바꿨기 때문에 화재를 방지할 수 있다. 특히 현재 널리 쓰는 리튬이온전지보다 에너지 밀도가 높다. 연구진은 모든 이차전지 가운데 세계 최고 수준인 410Wh/㎏의 에너지 밀도를 실현했는데, 전기 자동차에 장착하면 주행거리를 크게 늘릴 수 있다. 연구진은 한 번 충전하면 약 500㎞인 현재의 전기 자동차 주행거리를 이 기술로 800㎞까지 연장할 수 있을 것으로 내다봤다. 1.6배가 늘어나는 것이다. 서울과 부산 사이를 추가 충전 없이 왕복할 수 있다.

연구진이 이런 성과를 얻은 건 고무처럼 신축성 있는 합성수지인 ‘엘라스토머’를 전해질로 썼기 때문이다. 엘라스토머는 전고체 전지 연구를 위해 이용되는 다른 물질보다 값이 싸고 가볍다. 하지만 이온 전도성이 없다. 즉 전류가 흐르지 않는다. 연구진은 이온 전도성을 높이는 특수 플라스틱 결정을 엘라스토머에 넣어 문제를 해결했다. 엘라스토머를 통해 전지를 충전 또는 방전할 때 생기는 불순물을 억제하는 효과도 얻었다. 김범준 교수는 “기존과는 다른 고체 전해질을 개발해 새로운 소재 원천 기술을 확보한 것에 큰 의의가 있다”고 말했다.

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