고출력 리튬 배터리…더 오래 쓴다

[아이뉴스24 정종오 기자] 한국에너지기술연구원(원장 김종남) 고온에너지전환연구실 김현욱 박사 연구팀이 리튬 배터리의 용량과 안정성을 향상시키는 전극소재 기술을 개발했다.

이번 기술은 산소 결함을 가진 LTO(lithium titanate oxide(Li4Ti5O12, 리튬티타네이트산화물) 전극을 개발해 넓은 작동전압 범위와 함께 상용 LTO 배터리 대비 1.5배 높은 243m Ah/g의 용량을 가지며 반복적 충방전에도 용량감소가 거의 일어나지 않는다.

전기자동차, 초소형 전자기기, UAM(도심항공모빌리티) 등 산업 분야의 폭발적 성장과 함께 리튬이온 배터리와 하이브리드 슈퍼커패시티 전극소재 개발이 활발하다. 전극소재로 주로 활용되고 있는 흑연은 높은 용량을 갖는다.

충방전할 때 안정성과 낮은 출력 문제가 있다. 흑연의 대안으로 주목받는 LTO 전극은 상대적으로 에너지밀도는 낮은데 고속충전과 높은 출력이 가능하고, 발화 위험이 없는 가장 안전한 전극소재이다.

LTO 전극은 1-3V의 작동전압 범위를 가지며 반복적 충방전에도 구조적으로 변화가 없다. 높은 안정성을 가져 배터리 소재로 활용되고 있다.

이번 연구결과(논문명:Defective lithium titanate oxide with stable cycling over a wide voltage window)는 재료과학기술 분야의 국제학술지 ‘응용 표면 과학(Applied Surface Science)’에 실렸다.

김현욱 박사는 “이번에 개발한 신규 LTO 전극 재료는 배터리 산업에 핵심 역할을 할 수 있는 원천소재”라며 “최대 이론용량에 근접한 산소 결함이 있는 신규 LTO 전극 재료는 기존 배터리 음극재로 사용되는 흑연처럼 낮은 전압 범위에서 구현할 수 있고 저온 환경에서도 안정적 구동이 가능해 특수 목적의 다양한 배터리 분야에 응용이 될 수 있다”고 말했다.