국내 연구진이 전기자동차(EV) 배터리 성능 저하 원인을 규명했다.
한국과학기술연구원(KIST)은 에너지저장연구단 장원영 박사와 전북분원 탄소융합소재연구센터 김승민 박사 연구팀이 공동연구를 통해 EV를 급가동하는 등 고출력으로 사용할 때 배터리 성능이 저하되는 원인을 찾았다고 12월4일 밝혔다.
연구팀은 LiB(리튬이온전지) 급속 충·방전 등 EV의 다양한 주행환경에서 작동 오류 및 안전사고를 초래할 수 있는 전극 소재의 변형을 분석했다.
다양한 투과전자현미경 분석기법을 활용해 각각 마이크로·나노 스케일에서 전극 구조를 관찰·분석했으며 성능 저하로 이어지는 전극 내부구조에서 일어나는 미세한 초기변화를 다양한 범위에서 한눈에 확인할 수 있는 배터리 소재의 성능 저하 분석 플랫폼을 확립했고 성능 저하 메커니즘을 규명했다.
급가속 등 빠른 속도의 방전 현상이 양극으로 전달되는 리튬이온의 양을 제한하며, 결과적으로 불완전하게 회복된 전극 물질의 내부 변형이 배터리 용량 감소와 수명 단축에 영향을 미치는 것을 알아냈다.
특히, 고용량 사용을 위해 고전압으로 충·방전을 하면 전극 구조의 불안정성은 더욱 높아짐을 확인했다.
앞으로 연구팀이 규명한 성능 저하 메커니즘이 성능 및 안전성을 모두 갖춘 EV용 차세대 배터리 양극재 설계 인자 가이드라인을 제시할 수 있을 것으로 예상된다.
KIST 장원영 박사는 “중대형 2차전지 개발을 위해서는 배터리 성능 향상과 더불어 안전성을 함께 확보하는 것이 가장 중요하다”면서 “해당 연구가 전극 소재 설계에 발판이 되길 바란다”고 강조했다.
이어 “분석 플랫폼을 이용해 EV용 차세대 배터리 소재 설계를 위한 연구에 매진할 계획”이라고 덧붙였다.
해당 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업으로 수행됐으며 연구결과는 화학 분야 국제학술지 앙게반테케미 최신호 표지 논문으로 게재될 예정이다. (K)