출처: 매일경제 기사입력 2012.07.09 09:19:08
한 번 충전으로 서울에서 부산까지 왕복 거리(약 820㎞)를 주행할 수 있는 전기차용 배터리 기술이 등장했다. 선양국 한양대 에너지공학과 교수팀은 “기존 전기차용 배터리보다 사용기간이 5배 정도 늘어난 전기차용 차세대 고성능 리튬공기배터리 시스템을 개발했다”고 밝혔다. 선 교수팀의 연구결과는 영국 과학저널 ‘네이처’ 자매지인 ‘네이처케미스트리(Nature Chemistry)’ 인터넷판에 게재됐다. 논문 제목은 ‘개선된 고성능 리튬공기전지(An improved, high performance lithiu m-air battery)’다.
2차전지는 1차전지와 달리 충전을 통해 재사용이 가능한 전지다. 금속과 공기의 조합으로 이뤄지는 금속공기전지 중 리튬공기전지는 가장 높은 에너지 밀도를 갖고 있다. 리튬공기전지의 부피당 에너지 보유량은 리튬이온배터리보다 10배 이상 우수하다. 전기차용 실제 배터리 팩(pack)으로 따지면 성능이 4~5배 이상 늘어나는 셈이다. 또한 리튬공기전지는 기존 리튬이온전지가 사용하던 니켈, 망간, 코발트 등의 금속을 사용하지 않고 탄소를 사용해 가격경쟁력과 친환경 측면에서 우수하다.
그렇지만 아직 전해질이 불안정하고 충전·방전 시 분극 저항이 높다는 이유로 상용화되지는 못하고 있다. 선 교수팀은 리튬이온이 음극과 양극 사이를 오갈 수 있도록 도와주는 전해질로 에테르 계열의 신물질을 사용해 효율을 높였다. TEGDME(Tetra Eth ylene Glycol Di methyl Ether)라는 이름의 전해질이다. 이 전해질은 기존 카보네이트 전해질보다 휘발성이 적고 산소 이온과 잘 반응한다.
현재 한 번 충전으로 전기차가 갈 수 있는 거리는 160㎞ 정도. 그렇지만 선 교수팀의 리튬공기전지는 부피당 에너지 보유량이 높아 장거리 주행이 가능한 전기차용 배터리로 사용되기에 적합하다. 리튬공기배터리는 무겁고 비싼 금속 대신에 싸고 가벼운 탄소를 쓰기 때문에 전기차 무게와 가격을 크게 줄일 수 있다. 이런 이유로 리튬공기배터리 시스템을 전기차에 응용하면 한 번 충전으로 800㎞ 이상을 주행할 수 있어 전기차 실용화에 기여할 수 있을 것으로 주목을 받고 있다.
선양국 교수는 “이번에 개발한 전해액과 전지제조 기술은 리튬공기전지의 특성인 초고용량의 성격을 유지하면서도 출력을 획기적으로 향상시켰다. 차세대 에너지 저장 기술인 리튬공기전지를 통해 향후 한 번 충전으로 서울~부산 왕복이 가능한 전기 자동차를 제작할 수 있을 것”이라고 말했다.
고성능 리튬공기전지 선보인 선양국 한양대 에너지공학과 교수
“5년 후 상용화 전망”
그렇지만 아직 전해질이 불안정하고 충전·방전 시 분극 저항이 높다는 이유로 상용화되지는 못하고 있다. 선 교수팀은 리튬이온이 음극과 양극 사이를 오갈 수 있도록 도와주는 전해질로 에테르 계열의 신물질을 사용해 효율을 높였다. TEGDME(Tetra Eth ylene Glycol Di methyl Ether)라는 이름의 전해질이다. 이 전해질은 기존 카보네이트 전해질보다 휘발성이 적고 산소 이온과 잘 반응한다.
현재 한 번 충전으로 전기차가 갈 수 있는 거리는 160㎞ 정도. 그렇지만 선 교수팀의 리튬공기전지는 부피당 에너지 보유량이 높아 장거리 주행이 가능한 전기차용 배터리로 사용되기에 적합하다. 리튬공기배터리는 무겁고 비싼 금속 대신에 싸고 가벼운 탄소를 쓰기 때문에 전기차 무게와 가격을 크게 줄일 수 있다. 이런 이유로 리튬공기배터리 시스템을 전기차에 응용하면 한 번 충전으로 800㎞ 이상을 주행할 수 있어 전기차 실용화에 기여할 수 있을 것으로 주목을 받고 있다.
선양국 교수는 “이번에 개발한 전해액과 전지제조 기술은 리튬공기전지의 특성인 초고용량의 성격을 유지하면서도 출력을 획기적으로 향상시켰다. 차세대 에너지 저장 기술인 리튬공기전지를 통해 향후 한 번 충전으로 서울~부산 왕복이 가능한 전기 자동차를 제작할 수 있을 것”이라고 말했다.
고성능 리튬공기전지 선보인 선양국 한양대 에너지공학과 교수
“5년 후 상용화 전망”
Q. 배터리 기술 경쟁이 얼마나 치열한가.
A. 소니가 1991년에 최초로 상품화에 성공하는 등 리튬이온전지 개발과 함께 일본이 배터리 업계의 주도권을 확보했다. 우리나라는 1999년 LG화학, 2000년 삼성SDI가 공장을 지으면서 기술 발전이 시작됐다. 기술 경쟁은 여전히 진행형이다. 일본도 저력이 있고, 미국은 오바마 정부가 배터리 산업을 적극적으로 지원하고 있다. 독일 역시 유명한 글로벌 자동차 업체를 중심으로 막대한 자금을 들여 배터리 기술을 높이고 있는 상황이다.
Q. 리튬공기배터리는 어느 분야에 응용되나. A. 자동차 배터리 사업, 에너지 저장, 전력 수송, 노트북이나 휴대폰 등 소형 가전 전지, 스마트 그리드 사업 등에 폭넓게 이용될 수 있다. 문제는 유관 기술의 동반 성장이 필요하다는 점이다. 예를 들어 리튬공기배터리가 전기차에 사용될 경우 충전기술, 전기모터 등 전장기술도 같이 개발돼야 한다.
Q. 리튬공기배터리는 언제 상용화될 수 있나.
A. 5년 정도 후에는 상용화가 가능할 것으로 예상한다. 물론 전기차에 쓸 수 있게 전극을 많이 집어넣고, 공기 중의 수분과 이산화탄소가 양극으로 유입되는 것을 막는 기술 등 과제는 남아 있다. 현재 기술력과 유관 부품·소재기술의 발달 속도를 감안하면 5년 뒤엔 상용화가 가능할 것으로 본다. 우리 팀이 리튬공기전지를 통해 상용화의 가능성을 보여줬다면, 앞으로는 효율을 더 높여 실질적으로 상업화할 수 있는 전지를 만들기 위한 연구가 필요하다.
[문희철 기자 reporter@mk.co.kr ]
[본 기사는 매경이코노미 제1664호(12.07.04~7.10 일자) 기사입니다]
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