고속 충전 가능한 ‘꿈의 배터리’ 전고체 배터리 소재 개발 성공
KAIST 서동화 교수 연구팀이 전기차와 로봇, 미래형 도심항공모빌리티(UAM)까지 폭넓게 쓰일 수 있는 고속 충전이 가능한 dream battery로 불리는 전고체 배터리 소재 개발에 성공했다. 이번 성과는 기존에 안정성과 성능 사이에서 갈등하던 solid electrolyte의 한계를 동시에 극복한 점에서 과학계의 주목을 받고 있다.
전고체 배터리는 액체 전해질을 쓰는 리튬 이온 배터리와 달리 fire risk가 낮아 안전성이 뛰어나지만, 특히 할라이드계 소재는 공기 중 moisture에 약해 실용화가 어려웠다. 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 산소 앵커링이라는 새로운 설계 원리를 도입했다. 전해질 내부에 산소를 안정적으로 결합시켜 구조를 강화하는 방식으로, 텅스텐 원소가 핵심적인 역할을 한다.
그 결과 개발된 전해질은 공기 노출 조건에서도 구조가 쉽게 붕괴되지 않고 stability를 유지하는 것으로 확인됐다. 더불어 리튬 이온의 이동 경로가 넓고 원활해지면서 ion mobility가 높아져 충전 성능도 크게 향상됐다. 이는 고속 충전이 가능한 배터리 개발에 중요한 전환점이 될 수 있다.
서동화 교수는 "이번 design strategy는 다중 성능을 최적화할 수 있는 새로운 원리를 제시한 것이라며 향후 전고체 배터리 연구와 양산 공정 개발의 key indicator가 될 것"이라고 강조했다. 전기차 시장이 성장함에 따라 안전하면서도 빠르게 충전되는 배터리에 대한 수요는 계속 커질 전망이다.
과학자들은 이번 기술이 단순한 소재 개선을 넘어 material design의 새로운 패러다임을 제시했다고 평가한다. 다만 대량 생산 가능성과 장기적 durability 검증은 앞으로 풀어야 할 과제로 남아 있다.
공기만 닿아도 망가지던 게 진짜 큰 문제였는데, 수분 취약성을 이렇게 해결하다니 신기하네.
이번 기술이 실제 mass production으로 양산으로 이어질 수 있을지가 제일 궁금함. 실험실 성능과 현실은 또 다를 수 있으니까.
아이오닉5 충전 시간이 18분인데, 이 배터리 쓰면 5분 안에 끝날지도? charging time 충전 시간 단축이 현실화되면 완전 혁명이야.
tungsten이 텅스텐이 핵심 역할이라니, 원소 조합 하나가 이렇게 큰 차이를 만들 수 있다니 물질의 세계는 참 신비로워.
좋은 소식이지만 commercialization은 실용화까지는 적어도 5년은 걸릴 듯. 기사들은 늘 성과만 부각하지.
이게 성공하면 UAM 같은 하늘을 나는 차에도 적용될 수 있겠네. 도심 항공 이동수단 시대가 더 빨리 올지도.