카이스트, 급속충전 가능한 ‘하이브리드 전지’ 개발…전기차 활용 기대

기존 에너지 저장 소자를 상위하는 고에너지·고출력 밀도를 보여주는 라곤 플롯 (Ragone plot)과 태양전지 모듈을 활용한 급속 충전된 소자 특성 구현 사진.[카이스트 제공]

급속충전이 가능한 하이브리드 리튬이온 전지가 개발됐다. 리튬이온 배터리는 전자산업에 필수 요소로 자리 잡아 ‘제2의 반도체’라 불린다. 수 초에서 수 분의 급속충전이 가능해서 전기차를 비롯해 전기 트램과 스마트 전자기기 등에 활용이 기대된다.

카이스트(KAIST)는 신소재공학과 강정구 교수 연구팀이 우수한 성능의 고에너지·고출력 하이브리드 리튬이온 전지를 개발했다고 3일 밝혔다.

연구팀은 메조기공(mesopore, 2~50nm(나노미터) 크기의 구멍)과 마이크로 기공(micropore, 2nm(나노미터) 이하 크기의 구멍)이 동시에 존재하는 다공성 구조의 전도성 탄소 구조체 기반의 고용량 음극재와 양극재 개발을 통해 고성능 하이브리드 리튬이온 전지를 구현했다.

이번에 개발한 하이브리드 리튬이온 전지는 이미 상용화된 리튬이온 배터리와 견줄만한 에너지 밀도와 슈퍼 축전기의 출력 밀도 특성을 모두 갖춘 차세대 에너지 저장 소자다.

리튬이온 배터리는 현재 대표적인 상업용 에너지 저장 시스템(ESS)이다. 미래 이동 수단으로 꼽히는 친환경 전기차부터 각종 스마트 전자기기에 이르기까지 필수로 리튬이온 배터리가 사용된다.

리튬이온 배터리는 2019년 노벨 화학상 수상으로 실효성이 증명됐다. 현존하는 에너지 저장 시스템 중 가장 높은 점유율을 보유하고 있다.

연구팀은 다공성 구조의 환원된 산화 그래핀을 활용한 전도성 탄소 기반의 음극 및 양극 소재를 개발하는 한편 속도 특성이 개선된 고용량 음극과 양극을 통해 고에너지·고출력의 하이브리드 리튬이온 에너지 저장 장치를 구현하는 데 성공했다.

연구를 주도한 강정구 교수는 “리튬이온 배터리 수준의 에너지 밀도는 물론 고출력 밀도에 의한 급속충전이 가능한 최첨단 리튬이온 전지”라고 소개하면서 “활용 범위를 전기차를 포함해 모든 전자기기로까지 확대한다면 인류 삶의 질을 높일 것으로 기대한다”고 의미를 부여했다.

이번 연구 결과는 재료 분야 국제 학술지 ‘어드밴스드 에너지 머터리얼(Advanced Energy Materials, IF 25.245)’ 11월 10일자에 실렸으며 연구 우수성을 인정받아 표지논문으로 선정됐다.