[서울=뉴스핌] 조승진 기자 = 서울대학교는 본교 연구진이 인산철 배터리를 고속으로 충·방전하면 성능이 떨어지는 원인을 찾았다고 3일 밝혔다.

서울대 화학과 임종우 교수와 MIT 공동 연구진은 충·방전 속도에 따라 바뀌는 리튬 이온 경로가 고속 방전 중 출력 저하의 원인이라는 점을 증명했다.

충·방전 속도에서의 인산철 전극 입자 내부의 리튬이온 분포 맵. [사진=서울대학교 제공]

리튬이온 배터리의 장점은 충전 과정을 통해 에너지를 저장하고, 저장해 둔 에너지를 언제 어디서든 사용할 수 있다는 것이다. 그러나 리튬이온 배터리는 전기차 고속주행, 노트북 고성능 모드 등 충전 때 저장된 화학적 에너지를 고속으로 출력시킬 때 매우 큰 저항과 에너지손실이 발생한다는 문제점이 있다.

연구진은 이러한 문제 원인을 규명하기 위해 방사광 가속기 기반의 실시간 X선 현미경을 활용해 인산철 배터리 입자 표면과 내부에서 충·방전 중에 시시각각 변화하는 리튬이온의 분포 및 전류밀도를 나노미터 단위에서 전세계 최초로 관측했다.

이를 통해 충·방전 속도에 따라 전극 입자의 표면과 내부에서 리튬의 이동 경로가 완전히 변화한다는 사실을 확인하고 해당 현상이 에너지 비효율성의 주요 원인임을 밝혔다.

특히 방전 과정에서 방전 속도가 증가함에 따라 입자의 표면에 리튬이 많은 상이 더욱 형성되는 것을 관측해 이러한 표면의 상이 방전 시 더 큰 저항을 만들어 고속 출력을 저해하는 주요 원인임을 규명했다.

연구진은 "이에 대한 정확한 제어가 이루어진다면 획기적으로 향상된 인산철 전지를 개발할 수 있을 것이라 기대할 수 있다"고 말했다.

chogiza@newspim.com