화학뉴스

국내 연구팀이 망간-철 산화물을 활용한 전기자동차(EV) 초고속 충전 기술을 개발했다.
포항공대(포스텍) 김원배 화학공학과 철강·에너지소재대학원 교수, 강송규 화학공학과 박사과정생, 김민호 통합과정생으로 구성된 연구팀은 효율성을 높인 음극소재 기술을 개발했으며 신기술을 활용하면 현재 상용화된 전기자동차를 6분만에 충전할 수 있는 것으로 알려졌다.
연구팀은 리튬 이온 저장 능력이 우수하고 강자성 특성을 지닌 망간-철 산화물 음극재가 더 많은 리튬을 저장할 수 있도록 합성 방법을 새롭게 설계했다.
망간 산화물이 있는 용액에 철을 넣은 결과, 갈바닉(Galvanic) 치환 반응을 통해 안쪽에는 망간 산화물이 바깥쪽에는 철 산화물이 분포된 이중구조물이 형성됐다.
갈바닉 치환 반응은 금속이 자신보다 높은 환원전위를 지닌 금속 이온을 만날 때 일어나는 전기화학 반응이다.
연구팀은 금속 이온 함유 수용액을 고온·고압으로 반응시켜 다양한 나노미터 및 마이크로미터 크기 분말을 합성하는 수열합성법 등의 과정을 통해 표면적이 큰 나노미터 두께 시트 형태로 망간-철 산화물 음극재를 만들어 많은 양의 리튬 이온을 추가로 저장하는데 성공한 것으로 알려졌다.
연구팀에 따르면, 망간-철 산화물 음극재가 낼 수 있는 이론적 용량 대비 50% 이상 증가했으며 음극재 표면적이 증가함으로써 많은 양의 리튬 이온과 전자가 동시에 이동이 가능해 2차전지 충전 속도 역시 향상됐고 상용화된 전기자동차 배터리 음극재 용량 충전에 소요되는 시간은 6분으로 확인됐다.
현재 전기자동차는 보통 약 10시간의 충전시간이 필요하며 급속 충전도 최소 30분이 소요된다.
연구는 재료공학 분야 국제학술지인 어드밴스트 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials) 전면 표지 논문으로 게재됐다.
연구를 이끈 김원배 교수는 “기존 음극재의 전기화학적 한계를 극복하고 2차전지 용량을 증가시킬 수 있는 전자스핀 활용 표면 설계에 대한 새로운 통찰력을 제공했다”며 “전기자동차 내구성과 충전 속도 모두 향상할 수 있는 방안이 될 것”이라고 강조했다. (윤우성 기자)