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송채은(왼쪽 시계방향부터) 박사과정, 최영우 석박사통합과정, 최남순 교수, 한승희 박사과정


전기차 리튬배터리의 충전시간을 기존보다 절반 수준인 15분 이내로 단축시킬 수 있는 새로운 전해질 기술이 나왔다.
KAIST는 최남순·홍승범 교수 연구팀이 리튬이온 배터리의 리튬이온 이동을 획기적으로 높이는 새로운 전해질 용매 '아이소부티로니트릴(isoBN)를 개발했다고 17일 밝혔다.
새마을금고 주택담보대출금리전기차 보급 확대에 따라 리튬이온 배터리의 충전 시간을 단축하는 기술이 중요한 과제로 떠오르고 있다. 리튬이온 배터리는 높은 에너지 밀도와 긴 수명을 제공하지만, 충전 속도가 상대적으로 느려 제약 요인이 되고 있다.
현재 리튬이온 배터리는 에틸렌 카보네이트(EC) 기반 전해질이 쓰이는데, 점성이 높아 고속 충전 시 리튬이온이 원활 신한은행 대출계산기 하게 이동하지 못하고 흑연 음극 층상 구조로 들어가지 못하는 문제가 있다. 또 음극 계면층 위나 음극판 상단부에 금속 리튬이 쌓여 전해액 분해를 유도하고 저항을 증가시켜 배터리 성능 저하와 단락에 의한 화재 발생 위험을 높인다.
연구팀은 에틸렌 카보네이트를 완전히 대체할 수 있는 새로운 전해질 용매인 아이소부티로니트릴(isoBN )을 배터 은행연체자 리 전해질에 도입해 리튬이온의 음극 계면층의 결정립 크기를 줄여 저온과 상온에서 고속 충전이 가능함을 제시했다. isoBN 용매는 기존 에틸렌 카보네이트 전해질 대비 점성은 55% 낮으면서도 이온 전도도는 54% 높아 리튬 이온의 이동성을 높였다. 특히 15분 고속 내 고속 충전이 가능하고, 300회 충방전 사이클 후에도 94.2%의 높은 용량을 유지했다고 햇살론 이자 연구팀은 설명했다.
연구팀은 전해액 조성에 따라 리튬이온의 전도도가 달라지는 것과 음극 계면층에서 리튬이온이 이동하는 것을 원자간력 현미경을 통해 세계 최초로 영상화했고, 전해질 조성이 배터리 고속 충전 시간에 영향을 주는 핵심 요인을 밝혀냈다.
최남순 KAIST 교수는 "기존 고리형 카보네이트 전해질 소재의 한계를 부산저축은행파산 극복하는 니트릴계 전해질 기술로 충전시간을 단축시키고, 상온과 영하 1도에서도 고속 충전이 가능하다는 것을 제시한 연구"라며 "앞으로 전기차 대중화를 앞당기고 에너지저장시스템(ESS), 드론, 우주항공 산업 등 다양한 분야에 널리 쓰일 것으로 기대한다"고 말했다.
이 연구결과는 국제 학술지 '어드밴스드 머티리얼즈(지난 11일자)' 실렸다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr