[오토트리뷴=신동빈 기자] KAIST 연구진이 전기차 배터리 충전 시간을 획기적으로 단축하는 기술을 개발했다. KAIST 생명화학공학과 최남순 교수팀과 신소재공학과 홍승범 교수팀은 새로운 전해질 용매 ‘아이소부티로니트릴(isoBN)’을 활용해, 전기차 배터리를 15분 이내에 충전할 수 있는 기술을 구현했다고 17일 밝혔다.
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새로운 전해질로 충전 속도 UP!
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전해질이란 배터리 내부에서 전류가 흐르게 해주는 액체다. 연구팀은 전해질의 구조를 조정하여 배터리의 핵심 요소인 ‘음극 계면층’을 최적화했다. 음극 계면층은 배터리에서 리튬이온이 출입하는 문 역할을 하는 부분으로, 이를 최적화하면 리튬이온이 더 빠르게 이동할 수 있다. 이 덕분에 전기차 충전 속도를 크게 높이면서도 배터리 수명 단축 문제를 해결하는 데 성공했다.
기존 배터리 전해질은 점성이 높아(끈적끈적한 정도) 리튬이온이 원활히 이동하지 못하는 문제가 있었다. 하지만 새로 개발된 isoBN 전해질은 기존 대비 점성이 55% 낮고, 이온전도도(전류를 흐르게 하는 능력)는 54% 높아 리튬이온이 훨씬 쉽게 움직일 수 있다. 덕분에 배터리는 더 빠르게 충전되면서도 안정성을 유지할 수 있다.
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배터리 수명까지 잡았다
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새로운 전해질을 적용한 배터리는 15분 내 고속 충전이 가능하며, 300회 충·방전 후에도 94.2%의 용량을 유지하는 것으로 확인됐다. 또한 기존 배터리에서 문제로 지적된 ‘리튬 찌꺼기’(비가역적 리튬 전착) 발생도 억제해 배터리 수명을 연장하는 효과를 보였다. 리튬 찌꺼기는 충전과 방전을 반복하는 과정에서 생기는 불필요한 리튬 물질로, 이물질이 쌓이면 배터리 성능이 떨어지고 폭발 위험이 커질 수 있다.
특히 연구팀은 첨단 현미경 기술을 활용해 리튬이온이 배터리 내부에서 어떻게 이동하는지를 세계 최초로 영상화하는 데 성공했다. 이를 통해 전해질이 배터리 성능에 미치는 영향을 더 정밀하게 분석할 수 있었다.
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전기차 충전 시간이 확 줄어든다
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이번 연구는 전기차 배터리 충전 시간을 획기적으로 단축하는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 연구진이 개발한 isoBN 전해질은 상온뿐만 아니라 영하 10도에서도 고속 충전을 가능하게 해, 날씨에 구애받지 않고 빠르게 충전할 수 있는 기술로 평가받고 있다.
KAIST 최남순 교수는 "이번 연구는 기존 배터리 전해질의 한계를 극복한 혁신적인 기술"이라며 "전기차 대중화에 기여할 것"이라고 말했다.
이번 연구는 한국산업기술기획평가원의 전기차 고출력 배터리 및 충전 시스템 개발사업과 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 성과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’에도 소개됐다.
sdb@autotribune.co.kr
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