에너지연, '고용량·고안정성' 리튬배터리 나노 전극소재 개발

[충청뉴스 이성현 기자] 한국에너지기술연구원은 고온에너지전환연구실 김현욱 박사 연구진이 리튬 배터리의 용량과 안정성을 향상시키는 전극소재 기술을 개발했다고 22일 밝혔다.

LTO(리튬티타네이트산화물) 전극은 1-3V의 작동전압 범위를 가지며 반복적 충방전시에도 구조적으로 변화가 없어 높은 안정성을 가져 고율속 배터리 소재로 활용되고 있다. 반면 해당 작동전압에서는 175 mAh/g의 낮은 방전용량과 1.5 V의 높은 전압 평탄부(Voltage Plateau)를 가지고 있어 배터리의 에너지 밀도 향상에는 제한이 있다.

연구진이 개발한 LTO(리튬티타네이트산화물) 전극은 넓은 작동전압 범위와 함께 상용 LTO 배터리 대비 1.5배 높은 243m Ah/g의 용량을 가진다. 또 100회의 싸이클에서도 초기 용량의 95%를 유지해 뛰어난 율속 특성을 보였다.

김현욱 박사는 “이번에 개발한 신규 LTO 전극 재료는 배터리 산업에 핵심적인 역할을 할 수 있는 원천소재로, 최대 이론용량에 근접한 산소 결함이 있는 신규 LTO 전극 재료는 기존 배터리 음극재로 사용되는 흑연처럼 낮은 전압 범위에서 구현할 수 있으며 저온 환경에서도 안정적 구동이 가능해 특수 목적의 다양한 배터리 분야에 응용이 될 수 있다”며 “온도 변화가 급격한 외부 환경에 장기간 노출되는 자동차, ESS, 자율독립전원, 정보통신기기 등에 사용될 수 있을 것으로 기대된다”고 설명했다.

연구진은 후속 연구로 개발된 신규 LTO 소재를 적용해 저온에서 작동 가능한 리튬이온전지 및 슈퍼레독스 커패시터를 개발 중이며, 이러한 저온형 전지는 향후 기존 배터리가 작동하지 못하는 극저온의 온도영역에서도 자유롭게 사용할 수 있는 고안정성 배터리로 활용 가능할 것으로 기대하고 있다.