전해질 용매 개발해 배터리 충전 시간 단축

300번 충전해도 배터리 용량 거의 그대

왼쪽부터 송채은 박사과정,최영우 석박사통합과정,최남순 교수,한승희 박사과정. [사진=KAIST] 전기차의 리튬이온 배터리 충전 시간을 단축하는 기술이 나왔다. 15분 만에 배터리를 충전할 수 있으면서도 여러 번 배터리를 사용해도 성능을 유지하는 기술로,향후 전기차뿐 아니라 드론이나 우주항공 분야에도 활용될 수 있을 것으로 보인다.

최남순 KAIST 생명화학공학과 교수 연구팀은 새로운 전해질 용매인 ‘아이소부티로니트릴(isoBN)’을 개발해 배터리 충전 시간을 줄였다고 17일 밝혔다. 새로운 전해질 용매는 배터리 내에 리튬 이온 이동을 극대화시켜,전기차 배터리의 충전 시간을 상온에서 15분까지 단축했다.

리튬 이온 배터리는 리튬 이온이 전극을 오가며 충·방전이 이루어진다. 리튬이온 배터리의 양극재는 리튬인데,충전하면 리튬 이온이 음극으로 향하고,방전하면 리튬 이온이 양극으로 향한다. 리튬 이온이 더 빨리 이동한다면 충·방전 속도도 빨라진다.

연구팀은 새로운 전해질을 찾아 리튬이온 이동을 최적화하는 방법을 찾았다. 배터리를 충전하면 전해질이 분해되며 음극재 주변에 음극 계면층이 만들어진다. 기존에 사용되던 전해질인 에틸렌 카보네이트는 점성이 높고 음극 계면층의 결정립이 커서 리튬이온의 이동을 방해했다.

새로운 전해질 용매인 isoBN은 음극 계면층의 결정립 크기를 감소시켜 저온이나 상온에서 고속 충전이 가능하게 한다. 연구진은 새로운 전해질이 기존 물질 대비 점성이 55% 낮고 이온전도도는 54% 높아서 리튬 이온이 빠르게 이동할 수 있다고 설명했다.

실험 결과,isoBN 전해질은 15분 고속 충전을 300회 거쳐도 94.2%의 용량 유지율을 보이는 것으로 나타났다. 또한 음극재 주변에 리튬이 천착되는 현상을 없애 화재 위험성도 크게 낮췄다.

최 교수는 “기존 전해질의 한계를 극복하는 기술로 충전 시간 단축에 따른 전기차 대중화를 앞당기는 데 큰 진전을 이룬 것”이라며 “향후 에너지 저장 시스템,드론,우주 항공 산업 등 다양한 분야에서 리튬이온전지의 고속 충전 기술이 실용화될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.