전기차 '고체 배터리' 상용화 가능성 커졌다…나노 지지체로 수명↑

폭발 위험은 낮고 가격은 싸서 전기자동차 업계의 '꿈의 배터리'라 불리는 전고체 배터리가 상용화할 가능성이 커졌다. 국내 기업이 개발한 나노섬유 지지체를 넣어보니 배터리의 약점이라 꼽혔던 성능과 수명이 개선됐다.

나노소재 기업 '레몬'에 따르면 일본 교토대와 신슈대는 전지에 레몬의 나노섬유 전해질 지지체를 넣고 성능을 평가한 논문을 지난 2일 전지 분야 국제 학술지 'Journal of Power Sources'에 게재했다. 논문은 발표 전 학술 공유 플랫폼에 공개됐는데 최근 두달 동안 발표된 전고체 전지 분야 논문 중 다운로드 수가 가장 많았다.

전지는 내부 양극과 음극 사이를 이온이 오가면서 화학 반응을 일으키는 원리로 충전과 방전을 한다. 양극과 음극 사이를 오가는 이온 양이 과하게 많으면 전지가 폭발할 수 있는데 이를 막는 것이 지지체다.

레몬의 전해질 지지체는 지지체에 PVDF(폴리비닐리덴 플로라이드) 나노섬유와 PET 마이크로 섬유 부직포를 붙이고 전해질을 충전해서 만든다.

연구진은 고체 배터리에 일반 지지체, 레몬 지지체를 넣고 수명을 평가했다. 일반 지지체를 쓰고 60회 충전했더니 배터리 용량이 150mAh(밀리암페어 시)에서 70mAh로 떨어졌다. 레몬의 지지체를 쓰니 용량은 130mAh로 떨어졌다. 레몬 지지체를 쓴 배터리의 수명이 더 긴 것으로 풀이된다.

리튬 전지에 일반 지지체를 썼을 때 수명은 300시간이었다. 레몬의 지지체를 썼을 때는 2000시간이 넘었다.

일본 교토대와 신슈대의 연구 결과 레몬의 나노섬유 전해질 지지체를 넣은 배터리(빨간점)는 충전을 해도 일반 지지체를 넣은 배터리보다 용량이 적게 줄어들었다. 배터리 수명이 늘어난 것으로 풀이된다./사진제공=레몬.

현재 전기차들은 배터리의 수용체로 액체 형태 리튬을 쓴다. 수용체란 전지에 이온을 공급하는 물질을 말한다. 리튬 배터리는 짧은 시간에 충전을 할 수 있지만 작은 스파크에도 불이 붙는 위험이 있다.

전고체 배터리는 수용체와 지지체 모두 고체로 돼 있다. 화재와 폭발 위험이 낮다. 공정도 용이하고 가격이 싸서 전기차 업계에서 '꿈의 배터리'라고 불려왔다.

하지만 이온전도도가 낮아서 현재로서 상용화는 어렵다는 분석이 지배적이다. 이온전도도란 이온이 음극과 양극을 오가는 정도를 말한다. 배터리가 방전, 충전하려면 어느 정도 발열이 있어야 하는데 전고체 배터리는 이를 위한 최소한의 발열도 없어서 실온에서 구동이 어렵다는 평가도 나온다.

레몬은 지난해 5월 전고체 전해질 지지체에 관한 기술을 일본의 천마제지, 신슈대와 공동으로 특허 출원했다. 이번 평가 성과를 바탕으로 해당 특허를 PCT(특허협력조약)와 우선권 주장 출원으로 바꿀 계획이다.

김광진 레몬 대표는 "국내외 다수 기업과 연구소에서 고체 배터리를 상용화할 연구를 하고 있다"며 "레몬도 높은 지지체 양산, 개발 능력을 갖춘 만큼 장점을 살려 성장하도록 하겠다"고 했다.