▲ 전체 농도구배 복합층 구조의 양극소재 개념도.

리튬이차전지를 전기자동차나 에너지저장 등 중대형으로 상용화할 수 있는 가능성이 열렸다.

한양대 선양국 교수 팀이 최근 안정성이 높으면서 대용량으로 바로 상용화가 가능한 리튬이차전지용 신개념 양극소재를 개발했다고 밝혔다.

이 연구는 지난 8일 물리 및 재료과학분야의 권위 있는 학술지인 ‘네이처 머트리얼즈’ 최신호에 게재됐다.

리튬이차전지는 현재 휴대폰, 노트북 컴퓨터 등 휴대용 모바일기기에 폭넓게 사용되고 있으며, 최근에는 하이브리드 전기자동차와 지능형 로봇 등의 동력원뿐만 아니라 태양광, 풍력 발전 등 신재생 에너지 전력저장용 중대형 전지시스템으로도 주목 받고 있다.

그러나 국내외에서 종종 발생되는 배터리 폭발사고와 배터리 공장 폭발사고 등과 같은 안전성의 문제가 대두되고 있으며, 중대형 전지시스템에 적용하기 위해서는 에너지 밀도를 높이는 문제뿐만 아니라 우수한 안정성을 확보하는 문제가 중요한 이슈로 제기돼 왔다.

이에 선양국 교수팀은 최근 주목받고 있는 리튬이차전지의 우수한 안전성과 높은 에너지밀도를 동시에 구현하면서도, 바로 상용화할 수 있는 전체 농도구배 복합층 구조 양극소재를 개발했다.

이번에 개발된 양극소재는 오랜 시간 구동할 때 발생할 수 있는 입자내 구조적 탈리 등의 결함을 완벽하게 보완할 수 있는 구조로 입자 중심에서 최외각까지 순차적으로 전이금속의 농도 구배를 지니는 전체 농도구배 복합층 구조를 갖고 있다.

또한 이렇게 개발된 신개념 양극 소재는 현재 양극 소재 제조 공정으로 널리 사용되는 공침법으로 제조돼 바로 상용화할 수 있다. 또한 기존 리튬이차전지용 양극 소재(LiCoO₂)와 삼성분계 양극 소재(약 470 Wh/kg)보다 안정성, 에너지 밀도 및 전지용량을 동시에 최대 2배 이상 향상시킬 수 있다.

선양국 교수는 “공침법을 이용한 전체 농도구배 복합층 구조의 양극소재 개발로 에너지 밀도 및 전지용량과 안정성을 동시에 높일 수 있으며, 상용화가 용이해 향후 하이브리드 전기자동차나 전력저장 시스템용 중대형전지뿐만 아니라 차세대에너지 저장시스템의 전극 소재 개발에 중요한 기반이 될 것”이라고 연구의의를 밝혔다.