전기차 배터리 성능 떨어지는 원인 찾았다

전기자동차가 급가속 등 고출력으로 주행할 때, 전지의 성능이 감소하는 현상 이미지. 한국과학기술연구원 제공

[파이낸셜뉴스] 한국과학기술연구원(KIST)은 전기자동차를 급가동하는 등 고출력 사용시에 배터리 성능이 저하되는 원인을 찾았다고 4일 밝혔다.

KIST 에너지저장연구단 장원영 박사와 전북분원 탄소융합소재연구센터 김승민 박사 연구팀이 공동연구를 진행해 성과를 거뒀다.

급가속 등 빠른 속도의 방전 현상은 양극(+)으로 전달되는 리튬이온의 양을 제한하며, 이 결과로 불완전하게 회복된 전극 물질의 내부 변형이 결국 전지 용량 감소와 수명 단축의 요인임을 밝혔다. 특히 고용량 사용을 위해 고전압으로 충·방전을 하게 되면 전극 구조의 불안정성은 더욱 높아짐을 확인했다.

연구진은 이러한 성능저하 메커니즘 규명은 성능 및 안전성을 모두 갖춘 전기차용 차세대 배터리 양극 소재 설계 인자 가이드라인을 제시할 수 있을 것으로 보고 있다.

KIST 공동연구팀은 리튬이온전지의 급속 충·방전 등 전기차의 다양한 주행환경에서 작동 오류 및 안전사고를 초래할 수 있는 전극 소재의 변형을 분석했다.

연구진은 다양한 투과전자현미경 분석기법을 활용해 각각 마이크로·나노 스케일에서 전극 구조를 관찰·분석했다.

연구진은 성능 저하로 이어지는 전극 내부구조에서 일어나는 미세한 초기변화를 다양한 범위에서 한눈에 확인할 수 있는 전지 소재의 성능 저하 분석 플랫폼을 확립했고, 전지 소재의 성능 저하 메커니즘을 규명했다.

KIST 장원영 박사는 "중대형 이차전지 개발에 있어서 전지의 성능 향상과 더불어 안전성의 병행 확보가 무엇보다 중요하다. 이번 연구가 전극 소재의 설계에 발판이 되길 바라며, 향후 이번 분석 플랫폼을 이용해 전기자동차용 차세대 배터리 소재 설계를 위한 연구에 매진할 계획"이라고 밝혔다.

본 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 중견연구자지원사업으로 수행됐으며, 연구결과는 화학 분야 국제학술지 '앙게반테 케미' 최신호 표지 논문으로 게재될 예정이다.

[e-mail] 김만기 기자