사진 왼쪽터 정경민 교수, 전병진 연구원. UNIST 제공전기차 시장의 화두는 단연, 주행거리와 배터리 기술이다. 한 대학 연구진이 배터리 출력을 높이면서도 용량까지 큰 전극을 개발해 관심을 모으고 있다.
UNIST(울산과학기술원) 에너지화학공학과 정경민 교수팀은 전기차에 사용되는 배터리 출력을 기본 대비 75% 높인 대용량 전극을 개발했다고 5일 밝혔다.
배터리 전극 자체를 두껍게 쌓는 '후막' 전극 기술로 배터리 용량을 늘릴 수 있다. 하지만 전극이 두꺼워질수록 순간적으로 전기를 방출하는 출력 성능은 떨어진다.
정 교수팀이 개발한 전극은 면적당 용량이 10㎃h/㎠에 달하는 고용량이다.
그럼에도 출력 성능은 뛰어나다.
30분 만에 배터리를 완전히 방전 또는 충전시키는 고출력 환경에서도 눈에 띈다. 기존 전극은 면적당 용량이 0.98mAh/cm²에 그친다.
하지만 정 교수팀이 개발한 전극은 1.71㎃h/㎠를 기록했다. 이는 짧은 시간 안에 뽑아낼 수 있는 전기 에너지가 약 75% 늘어났다는 것을 말한다.
정 교수팀은 이중공극 전송선 모델(DTLM)을 자체 개발해 제조 공정과 도전재 함량 등을 조절하는 방법으로 전극 내부 구조를 최적화했다.
제1저자인 전병진 연구원은 "정량 분석을 통해 얻어진 수식은 데이터가 부족한 상황에서 공식을 기반으로 학습하는 인공지능 기술인 PINN(Physics-Informed Neural Network)을 배터리 설계에 본격적으로 적용할 수 있는 중요한 토대가 될 것"이라고 했다.
정경민 교수는 "후막 전극 시대에서는 소재가 만드는 '미세 구조의 활용도'를 높이는 설계가 중요해질 것이다. 이번 연구는 하이니켈 배터리뿐만 아니라 도전재 비중이 높아 설계가 까다로운 리튬인산철(LFP) 배터리 등 차세대 배터리 개발에도 중요한 역할을 할 것"이라고 전했다.
연구 결과는 에너지·환경 분야 국제 학술지인 '어드밴스드 에너지 머터리얼즈'(Advanced Energy Materials)에 게재됐다.