UNIST 교원창업기업, 전기차 고속충전용 단결정 소재 개발

배터리 수명 저하 개선…기존 다결정 소재보다 수명 30% 이상 향상

 

에스엠랩이 개발한 단결정 소재의 주사전자현미경 사진. [에스엠랩 제공. 재판매 및 DB 금지]

(울산=연합뉴스, 김용태 기자)

울산과학기술원(UNIST) 교원창업기업인 에스엠랩(SMLAB)은 전기자동차의 배터리를 고속 충전하면서 수명 저하도 줄일 수 있는 '단결정 양극 소재' 기술을 개발했다고 14일 밝혔다.

에스엠랩에 따르면 전기자동차에 사용 중인 리튬이온 배터리에 급속 충전을 반복하면 양극과 음극에서 부반응이 일어나 수명이 저하된다.

지금까지 이를 해결하는 기술로는 주로 음극 소재 개선이 제안됐는데, 흑연 대신 리튬을 사용하거나 흑연과 실리콘을 사용해 충전 시간을 단축하려는 시도였다.

리튬이온이 이동하는 속도가 흑연보다 리튬 금속이나 실리콘에서 더 빠르기 때문이다.

에스엠랩이 개발한 고속 충전 기술은 음극에 흑연을 그대로 사용하면서도 양극 소재의 형성과 표면 구조를 변화시켜 고속 충전 특성을 획기적으로 개선했다.

개발된 양극 소재는 니켈 97%, 코발트 2% 미만 함량의 단결정 소재다.

기존에 사용되던 다결정 소재 대비 수명 특성이 30% 이상 향상됐다고 에스엠랩은 설명했다.

에스엠랩이 자체 운용 중인 파우치형 리튬이온 배터리 제조 설비를 이용해 고속 충전 평가를 진행한 결과 15분 동안 충전(90%)과 방전(0%)을 300회 반복한 뒤에도 수명 특성이 85%까지 유지됐다.
 

단결정 소재와 다결정 소재의 15분 급속 충·방전 반복 시 수명 유지율. [에스엠랩 제공. 재판매 및 DB 금지]

반면 동일한 조성의 다결정 소재는 225회 충·방전 반복 시 수명 유지율이 40%로 급격히 저하됐다.

에스엠랩 조재필 대표는 "고속 충전 시 배터리의 수명 개선을 위해 양극 소재의 형상을 단결정으로 만들고, 높은 전류가 걸릴 때 발생하는 높은 저항 문제는 망간 원소와 극소량의 첨가제들을 도핑해 완전히 극복했다"고 말했다.

이어 "특히 단결정 표면에서 리튬이온이 최대한 많이 이동하도록 특정 결정면 방향으로 향하게 한 부분은 양극의 형상과 표면 구조가 고속 충·방전 특성에 영향을 미친다는 것을 보여준다"고 덧붙였다.

에스엠랩은 개발한 소재를 고객사 검증을 완료하고 시범 생산 중이다.

에스엠랩은 2018년 7월 UNIST 에너지화학공학과 조재필 특훈교수가 창업했다.
yongtae@yna.co.kr