KAIST, 다공성 나노 구조치 기반 고용량 전극재료 개발
차세대 에너지 저장소자로 활용 가능...전기트램 등 적용

국내 연구진이 전기차, 전기 트램 등을 수 초에서 수 분 만에 급속 충전할 수 있는 리튬이온 전지를 개발했다.

KAIST는 강정구 교수 연구팀이 메조기공(2∼50나노미터 크기의 구멍)과 마이크로기공(2나노미터 이하 크기의 구멍)을 동시에 가진 다공성 구조의 전도성 탄소 구조체를 기반으로 고용량 음극재와 양극재를 적용한 '하이브리드 리튬이온 전지'를 개발했다고 2일 밝혔다.

리튬이온 전지는 에너지저장장치(ESS), 전기차, 스마트 전자기기 등에 널리 쓰인다. 넓은 구동 전압과 높은 에너지 밀도 등의 장점을 지니고 있지만, 낮은 출력밀도, 긴 충전시간 등은 단점이다.

하이브리드 전지는 배터리용 음극의 높은 저장 용량과 축전기용 양극의 빠른 이온 충·방전의 장점이 모두 있어 차량용 리튬이온 배터리를 대체할 차세대 에너지 저장소자로 주목받고 있다.

하지만, 고에너지와 고출력 밀도의 전지 구현을 위해 배터리용 음극의 전기전도도, 축전기용 양극의 이온저장 용량 등을 최적화해야 한다.

연구팀은 다공성 구조의 전도성 탄소 구조체를 기반으로 고용량 음극재와 양극재를 만들어, 고에너지·고출력 하이브리드 리튬이온 전지를 구현했다. 이 전지는 기존 전지에 비해 200% 이상 이온 저장 용량이 늘었고, 에너지 저장도 상용화 수준에 도달했다고 연구팀은 설명했다.

강정구 KAIST 교수는 "하이브리드 전지는 기존 리튬이온 전지에 버금갈 정도로 에너지 밀도가 높고, 넓은 구동 전압 범위에서 고출력 특성을 보였다"며 "수십 초 내 급속충전이 가능해 기존의 에너저장장치의 한계를 개선해 모든 전자기기로 확대할 수 있을 것"이라고 말했다.

이 연구결과는 재료 분야 국제 학술지 '어드밴스드 에너지 머터리얼스(지난달 10일자)' 표지논문으로 실렸다.

강정구 KAIST 교수 연구팀이 개발한 '하이브리드 리튬이온 전지'의 개념도로, 전도성 탄소 구조체 기반으로 고용량 음극과 양극 전극을 만들어 제작한 하이브리드 리튬이온 전지를 개발했다.

KAIST 제공