영남대학교는 이기백 화학공학부 교수 연구팀이 기존 리튬 이온 배터리 대비 충전속도를 50배이상 끌어올린 고성능 차세대 알루미늄 이온 배터리(AIB)를 개발했다고 27일 밝혔다. 후속 연구를 통해 상용화되면 급속충전과 대용량 전기에너지가 필요한 전기차에 활용 가능할 전망이다.
알루미늄 이온 배터리는 높은 에너지 밀도, 우수한 사이클 수명, 뛰어난 안정성과 같은 이점으로 기존 리튬 이온 배터리를 대체할 차세대 배터리로 주목받고 있다. 알루미늄 매장량이 풍부해 제조원가도 낮다.
알루미늄 이온은 전자 3개가 충·방전 반응에 참여한다. 전자 1개가 반응에 참여하는 리튬에 비해 부피 대비 이론 용량이 약 4배 높다. 하지만 알루미늄 이온 배터리는 높은 에너지 밀도를 유지하기 위해 이온의 탈·삽입이 가능한 많은 활성사이트를 가지는 양극 물질이 필요하다. 이에 대한 연구는 아직 부족하다.
연구팀은 양극 물질인 흑연을 손쉬운 표면처리 공정기술을 통해 높은 에너지 밀도와 출력 밀도를 갖는 전극재를 개발해 알루미늄 이온 배터리의 단점을 극복했다. 또 초고속충전 실험을 통해 1만 사이클 동안 약 100% 효율을 보인다는 점을 확인했다.
이기백 교수는 “기존 리튬 이온 배터리를 대체할 차세대 다가(Multi-valent) 금속이온 배터리라는 점에서 연구 가치가 높다”면서 “알루미늄 이온 배터리는 리튬 이온 배터리에 비해 4배 높은 부피당 용량을 가지고 있기 때문에 부피가 한정되고 대량 전기에너지가 필요한 전기차, 전기버스와 같은 운송수단에 적용 가능할 것으로 기대된다”고 말했다.
이번 연구결과는 나노기술 분야 국제저명학술지 '나노-마이크로 레터스'에 게재됐으며 오는 12월 출간 예정이다. 영남대 대학원 화학공학과 김지수 씨가 제1저자, 마이클 루비라지 교수가 공동저자, 이기백 교수가 교신저자로 참여했다.
대구=정재훈기자 jhoon@etnews.com
