조재필 특훈 교수 창업한 교원기업 시범 생산중
"코발트 함량 낮춰 가경경쟁력↑, 수명 30% 향상"

전기자동차(EV) 배터리를 15분 만에 충전할 수 있는 '양극 소재' 기술이 울산과학기술원(UNIST) 교원창업기업에 의해 개발됐다.

기존 음극 소재를 그대로 쓰면서 고속충전에 따른 수명 저하도 줄일 수 있는 획기적 방식이라고 대학 측은 설명했다.

울산과기원 교원창업기업인 에스엠랩(SMLAB·대표 조재필)은 리튬이온 배터리의 고속충전 특성을 개선할 수 있는 '단결정 양극 소재' 기술을 개발했다.

양극 소재의 형상과 표면구조를 변화시키는 것만으로도 수명 특성이 30% 이상 향상됐다. 이 소재는 현재 고객사 검증을 완료해 에스엠랩의 양산로에서 시범 생산 중이다. 샘플 매출도 발생하고 있다.

전기자동차에 사용 중인 리튬이온 배터리에 급속 충전을 반복하면 양극과 음극에서 부반응이 일어나 수명이 저하된다. 급속 충전 시 리튬이온은 음극의 흑연 입자 내부로 들어가지 못하고 전해액과 반응해 손실된다.

양극에서도 빠른 속도로 리튬이온이 드나들게 되는데, 이런 충·방전이 반복되면 부피가 팽창하면서 양극 구조를 붕괴해 리튬이온 출입을 어렵게 만든다. 

이런 문제들은 결국 배터리 셀(cell) 온도를 높이고, 이에 따라 전해액과 양극과 음극의 소재 표면에서 분해도 가속화되므로 수명 저하로 이어지는 것이다.

이를 해결하는 기술로는 주로 음극 소재의 개선이 제안됐다. 흑연 대신 리튬을 사용하거나 흑연과 실리콘을 사용해 충전 시간을 단축하려는 시도였다. 리튬이온이 이동하는 속도가 흑연보다 리튬금속이나 실리콘에서 더 빠르기 때문이다. 

에스엠랩에서 개발한 고속충전 기술은 음극에 흑연을 그대로 사용하면서 양극 소재의 형성과 표면구조를 변화시켜 고속충전 특성을 획기적으로 개선했다. 이번에 개발한 양극 소재는 니켈(Ni) 97%, 코발트(Co) 2% 미만 함량의 단결정 NCA(M) 소재(NiCoAlMn)다.

조재필 에스엠랩 대표는 "기존에 사용되는 고속충전용 양극 소재는 다결정이고 니켈 함량이 80% 정도에, 비싼 코발트 함량이 5% 이상"이라며 "니켈 함량을 97%까지 높이고, 코발트 함량은 2% 미만으로 줄여 가격경쟁력을 높인 단결정 양극 소재는 이번에 처음으로 보고됐다"고 강조했다.

KPI뉴스 / 최재호 기자 choijh1992@kpinews.kr

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