한국 기술이 역사바꾸나 “무려 600km도 거뜬”… 전기차 배터리 신기술에 업계 ‘깜짝’

충전 속도도 빠르고
환경 보호 효과도 기대

기존 배터리의 한계를 극복한 신기술이 등장하면서, 전기차 시대의 패러다임이 새롭게 바뀌고 있다. 충전 걱정 없이 장거리 운전이 가능해지는 날이 머지않아 보인다.

울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 정경민 교수 연구팀은 건식 공정을 활용해 기존보다 5배 두꺼운 배터리 전극을 개발했다고 2일 밝혔다.

이 기술을 적용한 배터리는 기존 전기차 대비 주행 거리가 약 14% 증가할 것으로 예상된다. 이로 인해 1회 충전만으로 600km 이상 주행할 수 있어 서울과 부산을 왕복하는 것도 가능해진다.

배터리의 핵심 요소 중 하나는 전극의 두께다. 전기차의 대중화가 가속화되면서 대용량 리튬이온배터리에 대한 수요가 급증하고 있다.

이에 따라 배터리 성능을 좌우하는 전극을 최대한 두껍게 만들고, 용량과 관계없는 구성 요소의 비율을 줄이는 설계 방식이 주목받고 있다.

그러나 기존 습식 공정 방식으로는 전극을 두껍게 만드는 데 한계가 있었다. 전극 원료를 화학 용매에 녹여 제작하는 과정에서 용매가 증발하며 입자들이 뭉치는 현상이 발생했기 때문이다. 이에 따라 전극이 일정 두께 이상으로 증가하면 전기적 성능이 저하되는 문제가 있었다.

연구팀은 이를 해결하기 위해 화학 용매를 사용하지 않는 건식 제조 공정을 적용했다. 이를 통해 기존 전극보다 5배 더 두꺼운 전극을 만드는 데 성공했다.

연구진이 개발한 전극의 합제층 밀도는 3.65g/㎤에 달하며, 면적당 용량도 기존 상용 전극보다 5배 높은 20mAh/㎠에 이른다.

하지만 연구팀이 개발한 전극에는 전도성이 뛰어난 다공성 구형 도전재가 포함되어 있어 이 같은 문제를 해결했다. 다공성 구조 덕분에 리튬이온이 쉽게 이동할 수 있어 충전 속도 저하를 방지할 수 있는 것이다.

뿐만 아니라, 건식 공정 자체가 화학 용매를 사용하지 않기 때문에 환경 보호 효과도 기대된다.

기존 배터리 제조 방식에서는 화학 용매가 필수적이었고, 이 과정에서 발생하는 용매 폐기물 처리도 큰 문제가 되어왔다. 하지만 이번 기술을 적용하면 친환경적인 배터리 생산이 가능해진다.

이번 연구 결과는 에너지 분야 최고 권위를 자랑하는 국제 학술지 ‘에너지와 환경’(Energy & Environmental Science)의 후면 표지 논문으로 선정되어 지난 1월 21일 출판됐다. 이는 연구의 우수성과 학문적 가치를 국제적으로 인정받았다는 의미다.

또한, 연구는 국가과학기술연구회(NST)의 지원을 받아 진행된 창의형 융합연구사업 ‘탄소중립형 고에너지밀도 배터리를 위한 소재·공정 혁신 융합 솔루션 개발과제’의 일환으로 수행됐다. 연구팀은 앞으로도 해당 기술을 더욱 발전시켜 실용화할 계획이다.

이번 연구 결과가 실제 전기차 배터리에 적용될 경우, 장거리 운전에 대한 부담을 줄이며 전기차 시장의 성장을 가속화할 것으로 기대된다.

친환경성과 성능을 모두 갖춘 혁신적 배터리 기술이 전기차 산업의 판도를 어떻게 바꿀지 귀추가 주목된다.