[데일리비즈온 김소윤 기자] 전기차의 큰 고민은 충전 후 달릴 수 있는 거리를 늘려야 한다는 점이다. 국내 연구진이 한번 충전으로 1000㎞를 주행하는 전기차 전지 기술을 개발했다. 해당 거리는 서울과 부산 왕복 거리보다 길다.

16일 울산과학기술원(UNIST)은 삼성전자 종합기술원과 공동연구를 통해 차세대 전지로 주목받고 있는 리튬공기 전지 내부의 유기물질을 세라믹 소재로 바꿔 그간 상용화 난제였던 전지 수명 저하 문제를 해결했다고 밝혔다.

이에 따르면 리튬공기전지는 현재 각종 전자 기기와 전기차에 쓰이는 리튬이온전지보다 10배 이상 더 많은 에너지를 저장할 수 있다. 또 공기 중 산소를 전극재로 쓰기 때문에 금속 소재를 사용하는 리튬이온전지보다 경량화도 훨씬 유리하다.

가볍고 오래 달리는 차세대 경량 전기차 전지로 각광받는 이유라는 설명이다.

하지만 전지 작동과정에서 발생하는 활성산소 때문에 전지 수명이 떨어지는 고질적인 문제점을 가진다. 연구팀은 이에 연구진은 전지 내부의 유기물질을 고성능 세라믹 소재로 대체함으로써 전지 수명을 획기적으로 향상시켰다. 기존에는 10회 미만이었던 충·방전 수명이 100회 이상으로 크게 개선됐다.

제1저자인 삼성전자 종합기술원 마상복 전문연구원은 “차세대 전지로 주목받는 리튬공기전지의 상용화를 앞당길 수 있는 원천 소재 기술을 개발했다는 데 큰 의미가 있다”고 설명했다.

또 고체 형태인 세라믹 소재가 우수한 이온 전도성과 전자 전도성을 동시에 갖췄다고 연구팀은 강조했다. 일반적으로 세라믹 물질은 이온전도성만 높지만 이번에 개발된 물질은 전자 전도성 또한 뛰어나다. 이 때문에 전지의 다양한 구성 부품에 쓰일 수 있다는 설명이다.

연구팀은 밀도범함수 이론 기반의 양자역학 모델링 기법을 통해 이온과 전자 모두 높은 전도성을 갖는 물질을 찾았다. 이를 통해 망간 또는 코발트를 품고 있는 페로브스카이트 구조의 세라믹 소재가 높은 리튬이온전도도와 전자 전도도를 동시에 갖는 사실을 알아냈다.

교신저자인 UNIST 서동화 교수는 “신규 세라믹 소재는 전자와 리튬이온을 동시에 전달할 수 있기 때문에 리튬공기전지 뿐만 아니라 전지 분야에 쓰일 수 있을 것”이라고 전망했다.

이번 소식은 전기차 배터리의 안정성 관련 기술이 지속적으로 연구 성과를 보이고 있음을 나타낸다. 올해 3월 삼성전자 종합기술원은 ‘석출형 리튬음극 기술’을 적용해 ‘전고체전지’의 기술 난제 ‘덴드라이트’를 해결했다.

당시 기술이 적용된 배터리로 전기차는 1회 충전에 800㎞를 주행할 수 있었다. 당시 전기차 1회 평균 주행거리가 300~400㎞인 것과 대비해 주목할만한 성과였다. 이어 이번 1000㎞ 기록이 주목받는 이유다.

당시 삼성전자가 개발한 기술은 전고체전지의 안전성과 수명 증가는 물론 기존보다 배터리 음극 두께를 얇게 만들어서 에너지 밀도를 높일 수 있는 기술이다. 리튬-이온전지 대비 크기는 절반 수준으로 줄일 수 있었다.