한·미 공동연구팀이 니켈산리튬(LNO) 소재에 얇은 막을 덧씌워 수명을 늘리는 기술을 개발했다.
포스텍(총장 김무환)은 박규영 철강·에너지소재대학원 교수가 미국 노스웨스턴대 연구팀과 공동연구를 통해 LNO 소재를 사용할 때 표면에서 발생하는 산소가 기계적 열화를 일으킨다는 사실을 확인했다고 7일 밝혔다.
LNO 소재는 리튬이온 이차전지 양극 소재인 리튬코발트산화물(LCO)에서 코발트를 니켈로 대체한 소재다. 리튬이온 이차전지의 양극과 음극은 배터리의 성능을 결정하는데, 양극은 주로 용량과 사용 시간을 좌우한다.
양극 소재에 코발트 대신 니켈을 이용하면 가격을 20% 이상 낮추고 에너지 밀도를 30% 이상 높일 수 있다. 밀도가 높을수록 에너지를 많이 담을 수 있어 배터리 용량이 늘어난다. 이뿐만 아니라 아프리카 콩고 등에서 공급되는 코발트는 채굴 과정에서 아동 노동 착취 등의 문제가 제기돼, 니켈을 사용해야 한다는 목소리가 더욱 높아졌다. 다만 이런 장점에도 불구하고 LNO 소재는 수명이 짧아 그간 상용화되지 못했다.
연구팀은 LNO 소재를 사용할 때 표면에서 산소가 발생한다는 사실을 확인했다. 이 산소가 입자 구조를 뒤틀리게 해 소재의 수명이 짧아진다는 것이다. 이에 연구팀은 LNO 소재 표면에 '꿈의 소재'로도 잘 알려진 그래핀을 덧씌워 산소 발생을 차단해 수명을 2배 이상 늘리는데 성공했다.
박규영 교수는 “연구성과를 활용하면 코발트를 없앤 LNO 소재 상용화를 매우 빠르게 앞당길 수 있다”며 “향후 전기차 가격을 낮추고 주행거리를 획기적으로 늘릴 수도 있다”고 말했다.
한국연구재단 기초연구사업 지원을 받아 이뤄진 이번 연구성과는 최근 세계적인 학술지 '어드밴스드 머터리얼즈'에 표지논문(Back cover)으로 선정됐다.
포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com
