포스텍, 6분 만에 전기차 충전하는 음극소재 기술 개발

포스텍 김원배 교수. 포스텍 제공

"전기차 충전 단 6분"

포스텍(포항공과대학교)은 14일 김원배 교수(화학공학과/철강·에너지소재대학원) 연구팀(화학공학과 박사과정 강송규 씨·통합과정 김민호씨)이 단 6분 만에 전기차를 충전시킬 수 있는 음극소재 기술을 개발했다고 밝혔다.

이번 연구에서 연구팀은 리튬 이온 저장 능력이 우수하고 강자성 특성을 가지는 '망간-철 산화물' 음극재가 더 많은 리튬을 저장할 수 있도록 합성 방법을 새롭게 설계했다.

먼저, 망간 산화물이 있는 용액에 철을 넣어 갈바닉 치환 반응을 통해 안쪽에는 망간 산화물이, 바깥쪽에는 철 산화물이 분포된 이중구조물을 형성했다. 이후, 연구팀은 수열합성법 등의 과정을 통해 '망간-철 산화물' 음극재를 표면적이 큰 나노미터 두께의 시트 형태로 만들었다.

그 결과, 치환 반응으로 형성된 철 금속 나노 입자의 스핀-분극화된 전자 사용이 극대화돼 많은 양의 리튬 이온을 추가로 저장할 수 있었다. '망간-철 산화물' 음극재가 낼 수 있는 이론적인 용량보다 50% 이상 늘리는 데 성공한 것이다.

특히 음극재 표면적이 증가함으로써 많은 양의 리튬 이온과 전자가 동시에 이동하는 것이 가능해져 배터리 충전 속도 역시 향상됐다. 실험 결과, 단 6분이면 현재 상용화된 전기차 음극재의 용량만큼 급속 충·방전시키기에 충분한 것으로 나타났다.

김 교수는 "기존 음극재의 전기화학적 한계를 극복하고, 배터리 용량을 높일 수 있는 전자 스핀 활용 표면 설계에 대한 새로운 통찰력을 제공했다"며 "전기차의 내구성과 충전 속도 모두 향상시킬 방안이 될 것"이라는 기대를 전했다.

한편, 이 연구는 우수성을 인정받아 재료공학 분야에서 영향력이 높은 학술지인 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)'의 앞표지(front cover) 논문으로 게재됐다.

전준혁기자 jjh@yeongnam.com

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