활성 물질 함량 99% 달성, 주행거리 단점 극복
비불소계 바인더로 전도성 및 접착성 강화
고온에서도 안정적 성능, 전기차 배터리 적합
제조 경쟁력 높인 친환경 공정 도입
활성물질 함량 99%인 LFP 전극의 구조와 성능. (제공: UNIST)
전기차 주행거리를 획기적으로 늘릴 수 있는 새로운 LFP 배터리 양극이 개발됐다.
울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 강석주 교수팀은 숙명여자대학교 주세훈 교수, 광주과학기술원 이은지 교수팀과 함께 활성 물질 함량을 99%까지 끌어올린 LFP 배터리 양극을 개발했다고 9일 밝혔다. 이 연구는 LFP 배터리의 최대 약점인 짧은 주행거리를 개선할 수 있는 혁신적인 전극 설계로 주목받고 있다.
LFP 배터리는 화재 위험이 낮고 가격이 저렴하지만, 전기전도도가 떨어져 주행거리가 짧다는 단점이 있다. 연구팀은 전도성과 접착성을 동시에 갖춘 비불소계 전도성 고분자 바인더를 설계해 비활성 물질 함량을 1% 수준으로 낮췄다.
이로 인해 도전재 함량을 90% 이상 줄였음에도 불구하고 우수한 출력 성능을 보였다. 특히 8C 고속 방전 조건에서도 132밀리암페어시퍼그램(mAh·g)의 높은 용량을 기록했다.
또한, 상용 음극인 흑연과 결합했을 때도 125mAh·g의 용량을 유지했으며, 60도의 고온에서도 안정적으로 작동했다. 단위 면적당 용량도 3.5밀리암페어시퍼제곱센티미터(mAh·cm²) 이상을 기록해 전기차 배터리에 매우 유리한 특성을 보였다.
강석주 교수는 “전극에 쓰이는 바인더 조합을 개발해 활물질 비중을 크게 높여 LFP 배터리의 고질적인 용량 문제를 해결했다”며 “불소계 바인더와 독성 용매를 쓰지 않는 공정이 가능해 제조 경쟁력 측면에서도 의미가 있다”고 설명했다.
강석주 교수, 노은환 연구원(우측). (제공: UNIST)
이번 연구는 한국연구재단, 울산과학기술원, 과학기술정보통신부의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 에너지 소재 분야의 세계적인 학술지인 ‘에너지저장물질’에 2월 14일 온라인 게재됐다. 이 연구는 LFP 배터리의 에너지 밀도를 실질적으로 향상시킬 수 있는 새로운 전극 설계 전략을 제시했다는 점에서 큰 의미가 있다. 비활성 물질 비율을 최소화함으로써 동일한 부피에서 더 많은 에너지를 저장할 수 있어, 전기차 시장에서의 경쟁력을 높일 수 있을 것으로 기대된다.
울산=송희숙 기자 [email protected]
