서울대학교 화학부 임종우 교수 연구팀은 리튬이온 배터리의 문제점인 고속 출력시 발생하는 큰 저항과 에너지손실에 대해 원인을 규명했다고 3일 밝혔다.

리튬이온 배터리의 장점은 충전으로 에너지를 저장하고 이를 언제든 사용할 수 있다는 점이다. 반면에 배터리 고속 방전에서 효율이 떨어지는 부분에 대한 원인은 규명되지 않고 있다.

이를 규명하기 위해 연구팀은 방사광 가속기 기반 실시간 X선 현미경을 이용하여 ~1um 크기의 인산철 배터리 입자 표면/내부에서 충·방전 중 시시각각 변화하는 리튬이온의 분포와 입자 내에 흐른 전류밀도를 나노미터 단위에서 관측해 냈다.

이 연구를 통해 충·방전 속도에 따라 전극 입자의 표면과 내부에서 리튬이 이동하는 경로가 완전히 바뀐다는 사실을 밝다.

특히, 방전 속도가 높아짐에 따라 입자의 표면에 리튬이 많은 상(phase)이 더욱더 많이 형성되는데, 이는 리튬 이온전달에 있어 더 높은 저항을 만들어 내고 이것이 고속 방전에서 출력을 저하시키는 근본적인 원인임을 규명했다.

연구팀은 이번 연구를 통해 인산철 전극의 고속 충·방전 성능 개선에 있어 표면상 형성에 관한 연구가 필수적임을 제시하였고, 이에 대한 정확한 제어가 이뤄진다면 대폭 출력이 향상된 인산철 전지를 만들 수 있을 것이라고 예측했다.

한편, 이번 연구는 삼성미래기술육성사업과 한국연구재단 지원으로 수행됐으며, 국제학술지 Energy & Environmental Science (EES)에 6월 6일 논문으로 온라인 게재됐다.

베타뉴스 강규수 기자 ()
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