성균관대, 차세대 배터리 ‘충전속도 저하’ 개선기술 개발

[이데일리 신하영 기자] 성균관대 연구팀이 차세대 배터리로 주목받는 리튬인산망간철(LMFP) 배터리의 충전 속도 저하 문제를 개선할 새로운 설계 방법을 제시했다.

왼쪽부터 교신저자를 맡은 성균관대 에너지과학과 김종순 교수, 주저자인 구본영 석박통 합과정생, 교신저자인 포항공대 박규영 교수 (사진 제공=성균관대)

성균관대는 김종순 에너지과학과 교수팀이 이러한 연구 성과를 거뒀다고 11일 밝혔다. 성균관대는 “이번 연구 결과는 배터리를 짧은 시간 안에 충전할 때 성능이 떨어지는 이유를 밝혀내고 고속 충전을 가로막던 병목 요인을 줄이는 방법을 제시했다는 점에서 의미가 크다”고 설명했다.

배터리를 충전하려면 배터리 안의 리튬 이온이 양극 내부로 이동해 저장돼야 한다. 하지만 기존 LMFP 배터리는 충전 과정에서 양극 표면에 저항 층이 쌓여 충전 속도가 저하된다. 빠르게 충전할수록 배터리 성능을 떨어뜨리는 병목 현상이 더 심화하는 구조였다.

연구팀은 이러한 한계를 줄이기 위한 전략을 세웠다. 빠른 충전 과정에서도 양극 표면에 저항 층이 지나치게 쌓이지 않도록 계면을 설계, 리튬 이온 이동 시 발생하는 저항을 기존 대비 43% 줄인 것이다. 그 결과 약 12분 충전에서도 기존보다 1.58배 더 많은 에너지를 저장할 수 있게 됐다. 이는 고속 충전 과정에서 성능 저하를 일으키던 병목 현상이 실제로 완화됐음을 보여주는 결과다.

김종순 교수는 “이번 연구는 배터리를 충전할 때 표면에서 어떤 방해 물질이 생기는지를 정확히 찾아내고 이를 해결한 것”이라며 “앞으로 전기차의 충전 시간을 획기적으로 줄이고 안전하면서도 오래가는 배터리를 만드는 데에 중요 기준이 될 것”이라고 했다.

이번 연구는 LG에너지솔루션·산업기술기획평가원의 지원을 받아 수행했다. 연구 결과는 에너지 분야 저명 국제학술지((Advanced Energy Materials)에 게재됐다.