나날이 진화하는 전기차배터리…UNIST 연구팀, 출력 75%↑ 후막 전극 개발

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내부 기공 구조 설계로 고출력· 대용량 전극 개발

[아이뉴스24 정종오 기자] 배터리 용량을 늘리려고 전극 자체를 두껍게 만들면 출력이 떨어지는 문제가 생긴다. 이를 해결할 후막 전극이 새롭게 개발됐다. 주행 거리가 길어져도 오르막길을 오를 때 힘이 딸리지 않는 전기차 개발에 청신호가 켜졌다.

울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 정경민 교수팀은 배터리 후막 전극 내 다공성 구조를 최적화함으로써 출력을 기존보다 75% 높인 대용량 전극을 개발했다고 5일 발표했다.

전기차 시장의 화두는 단연 주행거리다. 배터리 전극 자체를 두껍게 쌓아 배터리 용량을 늘리는 ‘후막’ 전극 기술이 주목받는 이유다. 전극이 두꺼워지면 순간적으로 전기를 방출하는 출력 성능이 떨어지는 문제가 발생한다.

UNIST 연구팀이 기존 배터리보다 출력을 75% 높인 후막 전극을 개발했다. [사진=UNIST]

전극 두께만큼 리튬이온이 이동해야 할 거리가 늘어나고 통로가 복잡해져 방전 과정이 느려지기 때문이다.

UNIST 연구팀이 개발한 전극은 면적당 용량이 10mAh/cm²에 달하는 고용량임에도 출력 성능이 뛰어나다. 2C 고출력 환경에서 기존 전극은 면적당 용량이 0.98 mAh/cm²에 그친다. 연구팀이 개발한 전극은 1.71 mAh/cm²를 기록했다. 짧은 시간 안에 뽑아낼 수 있는 전기 에너지가 약 75% 늘어났다는 의미다.

제1저자인 전병진 연구원은 “정량 분석을 통해 얻어진 수식은 데이터가 부족한 상황에서 공식을 기반으로 학습하는 인공지능 기술인 PINN(Physics-Informed Neural Network)을 배터리 설계에 본격적으로 적용할 수 있는 중요한 토대가 될 것”이라고 말했다.

정경민 교수는 “후막 전극 시대에서는 소재 자체 특성뿐 아니라 소재가 만드는 ‘미세 구조의 활용도’를 높이는 설계가 중요해질 것”이라며 “이번 연구는 하이니켈 배터리뿐 아니라 도전재 비중이 높아 설계가 까다로운 리튬인산철(LFP) 배터리 등 차세대 배터리 개발에도 중요한 역할을 할 것”이라고 설명했다.

이번 연구 (논문명: Thick Electrode Design Enabled by a Carbon-Binder Domain-Resolved Dual-Pore Transmission Line Model for Lithium-Ion Batteries)는 에너지·환경 분야 국제 학술지인 ‘어드밴스드 에너지 머터리얼즈(Advanced Energy Materials)’에 지난달 12일 실렸다.

/정종오 기자(ikokid@inews24.com)

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