포항공대 연구팀이 규소를 이용해 에너지 밀도를 40% 높이는 배터리 기술을 개발했다. 연구팀은 배터리 기술 혁신에 의해 1회 충전으로 1,000km 주행 가능한 전기 자동차 실현을 목표로 하고 있다.
일반용으로 판매되는 전기 자동차 항속 거리는 길어도 500km 전후에 머물러 있다. 일상 운전에선 항속 거리가 500km라면 충분하다고 생각할 수 있지만 장거리 운전이나 재해 당시 전력 공급원 용도를 생각하면 항속 거리가 긴 쪽이 유리한 건 분명하다.
전기 자동차 항속 거리를 늘리려면 배터리로 사용되는 리튬이온 배터리 에너지 밀도 향상이 필요하다. 리튬이온 배터리 에너지 밀도 향상을 위한 유망한 방법으로는 음극 재료에 리튬이온을 많이 유지할 수 있는 규소를 사용하는 접근이 있지만 규소에는 충전 중 체적이 3배 이상으로 팽창하는 문제가 있다. 규소 팽창 문제는 나노미터 단위 미세 실리콘을 사용하는 방법으로 해결할 수 있지만 나노미터 클래스 규소 제조에는 복잡한 제조공정과 방대한 비용이 필요해 현실적이지 않다.
연구팀은 마이크로미터 단위 실리콘을 겔 전해질에 봉입해 전자빔을 조사하는 것으로 실리콘 겔과 겔 전해질이 공유 결합한 실리콘 겔 전해질을 만들었다. 이 실리콘 겔 전해질을 사용해 배터리를 만드는 것으로 기존 배터리와 비교해 에너지 밀도가 40% 높아지면서 실리콘 특유 팽창도 억제한 배터리 제작에 성공했다.
이번 연구에서 개발된 배터리 제조 기술에는 나노미터 단위 실리콘에 비해 제조가 용이한 마이크로미터 단위 실리콘이 사용되고 있어 단기간에 기존 제조 절차에 적용이 가능하다고 한다. 연구팀은 이번 연구 성과를 통해 고에너지 밀도 리튬이온 배터리 시스템 구축에 접근할 수 있다고 밝혀 앞으로 연구개발에 대한 기대를 보여주고 있다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.