전기차의 핵심은 바로 배터리입니다. 최근 리튬인산철(LFP) 배터리는 높은 에너지 밀도와 긴 수명을 자랑하며 차세대 전기차 배터리 소재로 주목받고 있습니다. 하지만 낮은 전자전도도로 인해 보호층 형성이 어려운 점은 상용화의 큰 걸림돌이었습니다. 이를 극복하기 위해 국내 연구진이 새로운 전해질 첨가제를 개발하며 리튬인산철 배터리 실용화에 한 발자국을 디뎠습니다.
보호층 형성에 한계가 있는 리튬인산철 배터리
리튬인산철(LFP) 배터리는 에너지 밀도를 높여 전기차의 주행 거리를 크게 늘릴 수 있는 장점을 보유하고 있습니다. 국내외 주요 배터리 제조사들이 LFP 배터리 개발에 적극적으로 나서고 있는 이유도 바로 여기에 있습니다. 하지만 LFP는 전자전도도가 낮아 전해질과 보호층 형성에 한계가 있어, 기존 리튬이온전지에 비해 성능과 안정성에서 불리한 점이 있었습니다.
이러한 한계를 극복하기 위해 KAIST 연구진은 전해질 첨가제 기술을 개발하여 LFP 배터리의 성능을 크게 향상시키는 데 성공했습니다.
보호층을 형성하는 데 도움을 주는 전해질 첨가제
KAIST 최남순 교수 연구진은 벤조트리아졸과 트리메틸실린 작용기를 활용한 새로운 전해질 첨가제를 개발했습니다. 이 첨가제는 LFP 배터리의 낮은 전자전도도를 보완하고 보호층을 형성하는 데 도움을 줍니다.
- 벤조트리아졸 작용기: 리튬이온전지의 전자전도도를 높여, 양극과 음극 사이의 이온 전달을 원활하게 합니다.
- 트리메틸실린 작용기: 불화수소(HF) 형성을 억제하여 전극의 내구성을 강화하고 수명과 안전성을 동시에 개선합니다.
이 기술로 양극의 보호층이 강화되어 고속 충전이 가능하고, 배터리 수명을 1~2년정도 연장시킬 수 있음을 밝혀냈습니다.
LFP 배터리의 높은 성능
연구진이 개발한 전해질 첨가제를 사용한 LFP 배터리는 악조건 속에서도 높은 성능을 유지하는 데 성공했습니다. 45℃ 고온에서 500회 충·방전 이후 초기 용량의 80.8%를 유지했으며, 25℃ 실온에서는 1000회 충·방전 후에도 73.3%의 용량을 유지했습니다. 이는 기존 배터리 대비 각각 20.4%와 8.6% 개선된 결과로, 전기차 배터리 수명을 평균 1~2년 연장할 수 있는 가능성을 보여줍니다.
전기차 산업에 이정표가 될 연구결과
이번 기술 개발은 전기차 시장의 지속 가능한 성장을 지원할 중요한 이정표가 될 것입니다. LFP 배터리의 고속 충전 가능성과 긴 수명은 전기차 사용자의 편의성을 높이고, 전체적인 유지 비용을 절감하는 데 기여할 것입니다.
또한, LFP 배터리는 코발트와 니켈 같은 고가의 원자재 의존도를 낮출 수 있어 자연환경에도 도움이 됩니다. 따라서 이 기술은 전기차 시장뿐만 아니라 에너지 저장 시스템(ESS)과 같은 다른 분야에서도 널리 활용될 가능성이 큽니다.
결론
리튬인산철 배터리와 전해질 첨가제 기술의 결합은 전기차 배터리 기술의 새로운 장을 열고 있습니다. 이러한 혁신은 전기차 보급률을 높이고, 친환경적이고 탄소 중립에 도움이 되는 이동 수단으로 자리 잡는 데 기여할 것입니다. 앞으로도 전기차 배터리 기술이 더욱 발전하며 우리의 일상에 긍정적인 변화를 가져오기를 기대합니다.