EV 항속거리 70% 연장‧스마트폰을 신용카드 수준으로 얇게?

가벼우면서도 강성이 높고 에너지를 저장할 뿐 아니라 무거운 물체를 지탱할 수 있는 배터리가 개발됐다. 이 배터리는 향후 더 얇아질 가능성이 있으며 전기차 주행 거리를 70% 연장하고 스마트폰을 신용카드처럼 얇게 만들 잠재력을 갖고 있다.

스웨덴 찰머스 공과대학 연구팀이 개발한 이 배터리는 구조 배터리(Structural batteries)라고 불리며 에너지 저장 기능과 하중을 견디는 기능을 동시에 갖춘 게 특징이다. 연구팀은 2018년 탄소 섬유가 전기를 저장하고 리튬 이온 배터리 전극으로 사용할 수 있다는 사실을 발견했다. 이들은 양극과 음극에 모두 탄소 섬유를 사용한 리튬 이온 배터리를 만들어 2021년까지 배터리 강도와 전기 용량을 개선해 1kg당 24Wh 에너지 밀도를 달성했다.

이번에 연구진은 배터리 코어를 코팅하는 재료를 기존 알루미늄 호일에서 리튬 인산철로 변경해 에너지 밀도를 30Wh/kg로 끌어올렸다. 또 변형이 어려운 정도를 나타내는 탄성률을 25GPa에서 70GPa로 높여 알루미늄처럼 무거운 물체를 지탱할 수 있도록 했다. 이 배터리는 구리나 알루미늄과 같은 무거운 재료를 사용하지 않기 때문에 경량화됐지만 현재는 출력 부족이라는 과제가 남아있다.

30Wh/kg이라는 수치는 기존 리튬 이온 배터리에 비해 낮은 편이지만 배터리가 가벼워 전기차에 적용했을 때 차량 무게가 줄어들어 그만큼 주행 거리가 늘어날 가능성이 있다. 또 리튬 이온이 액체 전해질 대신 반고체 전해질을 통해 배터리 단자 간에 이동하기 때문에 화재 위험이 줄어들고 배터리 안전성이 향상된다고 한다.

연구팀은 실험실에서 소규모로 제조한 것에서 벗어나 기술 장치나 차량용으로 대규모 생산하기까지 해야 할 일이 많다. 하지만 신용카드처럼 얇은 스마트폰이나 현재의 절반 무게인 노트북이 가까운 미래에 등장하는 건 어렵지 않게 상상할 수 있다고 말했다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.