‘중국차 따위랑 비교 금지’.. 국산 전기차 역대급 신기술에 일동 ‘충격’

국내서 개발된 새로운 배터리
스스로 화재 진화하는 모습도
전기차 고질병 화재, 종식되나

전기차 화재 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대되는 새로운 기술이 등장했다. 지난 12월 26일 대구경북과학기술원(이하 DIGIST)에서 반가운 소식이 발표되었다. 김재현 책임연구원 연구팀이 ‘삼중층 고분자 고체 전해질’ 기반의 새로운 리튬 금속 배터리(이하 삼중층 리튬 배터리)를 개발했다. 발표에 의하면, 삼중층 리튬 배터리는 현재 상용화되어있는 리튬 이온 배터리의 화재 발생 가능성을 극복해 낸 것으로 전해졌다.

기존 리튬 이온 배터리에 사용된 액체 전해질은 진동•전류와 반응을 일으켜 화재를 일으켰다. 때문에 산업계는 전해질이 고체 형태인 ‘전고체 배터리’의 상용화를 간절히 바라는 실정이었다. 이번에 발표된 삼중층 리튬 배터리가 바로 업계가 간절히 기다린 ‘전고체 배터리’이다. 삼중층 리튬 배터리가 상용화된다면 전기차 산업의 게임체인저가 될 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다. 삼중층 리튬 배터리, 과연 어떤 것이고 산업에 어떻게 영향을 끼칠 수 있을까?

한국 또 한 번 증명했다
삼중층 리튬 배터리 발표

기존의 고분자 고체 전해질 배터리의 구조적 한계를 극복했다. 기존 배터리는 충전과 방전이 반복될 경우 리튬이 불규칙적으로 성장해 화재와 폭발을 초래하는 치명적인 문제가 존재했다. 이 현상을 ‘덴드라이트’라고 부르는데, 이것을 해결하는 게 전고체 배터리 개발의 필수 과제였다.

김재현 책임연구원 연구팀은 이를 해결하기 위해 전해질을 ‘삼중층’으로 설계했다. 삼중층 구조의 각 층은 서로 다른 역할을 한다. 각각의 층은 배터리를 안정화하고, 효율성을 끌어올린다. 삼중층 구조의 고체 전해질은 가운데 층이 튼튼하다. 이는 배터리의 기계적 강도를 높인다. 또한, 겉면은 부드러워 전극과 잘 맞닿아 리튬 이온이 쉽게 이동하도록 돕는다. 이는 에너지 전달 속도를 개선하고, 덴드라이트의 생성을 효과적으로 차단한다.

1,000번 충전해도 멀쩡
불붙어도 스스로 꺼져

삼중층 리튬 배터리는 두 가지 특성을 보인다.
뛰어난 내구성과 스스로 불을 끄는 특성이다. 연구팀의 실험 결과, 삼중층 리튬 배터리는 충전과 방전을 1,000번 반복해도 87.9%의 성능을 유지했다. 이는 기존 배터리에 비해 약 8%~18% 향상된 결과이다.

또한, 앞서 서술한 대로 삼중층 리튬 배터리는 스스로 불이 꺼지는 특성을 보인다. 이는 전해질에 사용된 ‘DBDPE(Decabromodiphenyl Ethane)’라는 물질 덕분이다. 이 물질은 불이 잘 붙지 않도록 하는 특성이 있다. 때문에 삼중층 리튬 배터리는 화재 위험을 크게 줄일 수 있다.

전기차 업계의 새 미래
지긋지긋한 화재와 작별?

전기차 업계는 화재라는 악몽에 시달려왔다.
한 번 발생했다 하면 막대한 손해를 끼쳐, 시장의 둔화 요인으로까지 지목되는 실정이었다. 그러나 김재현 책임연구원 연구팀의 발표가 전기차 업계에 새 지평을 열어주었다. 지긋지긋한 화재와의 작별이 코앞으로 다가온 것이다.

이번 DIGIST에서 진행된 연구는 한국연구재단 미래 소재 디스커버리 사업과 중견 연구 사업의 지원을 받아 수행되었다. 연구 결과는 국제 학술지 ‘Small’의 표지 논문으로 게재되었다. ‘기분 좋은 소식’이 언론에 전해진 지 너무 오랜 세월이 흐른 것만 같던 날들에 한 줄기 바람이 불었다. 김재현 책임연구원 연구팀의 공로에 마음 깊은 박수를 보낸다.

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