한국 과학자 팀은 방금 전기 자동차 배터리 기술의 획기적인 발전을 보고했으며, 배터리를 더 크게 만들지 않고도 에너지 밀도를 거의 두 배로 늘리는 “양극이 없는” 리튬 금속 배터리를 공개했습니다. POSTECH, KAIST, 경상대학교의 공동 노력으로 이루어진 이 작업은 마침내 EV에 그동안 놓쳤던 긴 주행 거리와 추운 날씨 신뢰성을 제공하는 열쇠가 될 수 있습니다.
동일한 배터리 공간에 더 많은 에너지를 담다
포스텍 박수진 교수, 한동엽 박사 연구팀은 에너지 밀도가 1,270Wh/L인 배터리를 선보였다. 맥락에 따르면 오늘날 EV에 사용되는 대부분의 리튬 이온 배터리는 약 650Wh/L입니다. 차량 섀시를 설계할 때 모든 인치와 파운드가 중요하기 때문에 체적 밀도는 자동차 제조업체에게 매우 중요한 문제입니다.
이곳의 비결은 ‘무양극’ 디자인이다. 표준 배터리에는 리튬 저장실 역할을 하는 흑연 양극이 있습니다. 이번 새 버전에서는 그 집이 사라졌습니다. 배터리를 충전하면 리튬 이온이 음극에서 이동하여 구리 수집기에 직접 도금됩니다. 부피가 큰 양극을 제거하면 내부 공간이 많이 확보되어 배터리를 물리적으로 더 크게 만들지 않고도 더 많은 전력을 담을 수 있습니다.
이 개념은 수년 동안 배터리 과학의 “성배”였지만 실행하기가 매우 어렵습니다. 일반적으로 리튬은 고르지 않게 침전되어 수상돌기라고 불리는 작은 바늘 모양의 스파이크를 형성합니다. 이러한 스파이크는 배터리의 내부 층을 뚫고 단락, 화재 또는 매우 짧은 수명을 유발할 수 있습니다.
이 문제를 해결하기 위해 팀은 2단계 안정화 계획을 세웠습니다.
먼저, 그들은 가이드 역할을 하는 은 나노입자로 채워진 폴리머 프레임인 “가역 호스트”를 개발하여 리튬 플레이트가 원활하게 내려갈 수 있도록 했습니다. 둘째, 산화리튬과 질화리튬으로 표면 보호층을 생성하는 특별히 설계된 전해질을 사용했습니다. 이 층은 본질적으로 이온이 자유롭게 흐르도록 하면서 위험한 수상돌기의 성장을 막는 보호막 역할을 합니다.
테스트 결과는 인상적이었습니다. 스트레스가 많은 조건에서도 배터리는 100사이클 후에도 용량의 거의 82%를 유지했습니다. 결정적으로 팀은 실제 자동차에 사용되는 실제 배터리 형식에 훨씬 가까운 “파우치 셀”을 사용하여 이를 테스트했습니다. 이로 인해 기술이 실험실 작업대에서 공장 현장으로 옮겨갈 가능성이 훨씬 더 높아졌습니다.
EV를 구입하려는 사람에게 이는 한 번의 충전으로 훨씬 더 많은 주행 거리를 의미할 수 있으며 겨울 동안 “주행 거리에 대한 불안”이 훨씬 덜할 수 있음을 의미합니다. 아직 상용 출시 날짜는 없지만 연구원들은 일상적인 운전 요구 사항을 실제로 견딜 수 있는 보다 안전한 고용량 배터리를 향한 현실적인 길을 찾았다고 확신합니다.