중대형 이차전지의 성능을 크게 개선할 수 있는 새로운양극소재가 개발됐다.
울산과학기술원(UNIST·총장 정무영)은 조재필 교수팀이 기존 중대형 이차전지 양극소재인 '리튬과잉 전이금속산화물'의 미세구조를 바꾸는 방식으로 새로운 '무질서 구조 리튬과잉 전이금속산화물'을 개발했다고 22일 밝혔다.
전기차에 많이 쓰이는 중대형 이차전지 양극소재는 가격과 용량이 경쟁력의 관건이다.
리튬과잉 전이금속산화물은 1그램(g) 당 250밀리암페어(mAh) 이상의 전기에너지를 담을 수 있고 방전 용량도 커 전기차에 적합한 양극소재로 각광받아왔다.
하지만 충전과 방전을 반복하면 작동 전압이 급격히 떨어지는 단점을 안고 있다.
조 교수팀은 리튬과잉 전이금속산화물의 미세구조를 바꿔 이 문제를 해결했다.
안정도가 낮은 니켈을 미세구조 내에 더 많이, 무질서하게 존재하도록 내부 구조를 설계하자 이 무질서한 원자 배열이 산소와 전이금속간 결합성을 높였고, 리튬이온이 지속적으로 드나들어도 안정된 구조를 유지했다. 리튬 양이 많아져도 안정적으로 작동해 차세대 고에너지 양극소재로 적용 가능성도 보였다.
실험 결과, '무질서 구조의 리튬과잉 전이금속산화물'은 기존 대비 전압강하율을 82%나 낮출 수 있고, 용량은 20% 이상 높일 수 있다.
고가의 코발트를 기존 소재보다 20% 이상 적게 사용할 수 있어 가격 경쟁력도 높다.
조재필 교수는 “기존 리튬과잉 전이금속산화물의 고질적인 문제인 전압강하를 원자 배열의 무질서화라는 방법으로 해결했다”면서 “저가형 고에너지 밀도 양극소재로서 전기차용 등 중대형 ESS 대중화에 기여할 것”이라 말했다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com
