과학자들은 작은 실리콘 입자와 겔 고분자를 사용한 리튬이온 배터리의 혁신적인 발전이 전기차의 단일 충전으로 약 1,000km 또는 600마일 주행을 가능케 한다고 밝혔다.
전기차 배터리의 주행 거리에 대한 우려로 알려진 ‘차는 몇 시간 버틸까’에 대한 우려로 많은 운전자들이 전기차로 완전히 전환하는 것을 망설였다.
이러한 우려를 해소하기 위해 전 세계의 연구팀은 전기차 배터리 성능을 향상시키기 위해 새로운 전극 디자인을 연구하고 있다.
실리콘은 전기차 리튬이온 배터리의 전극 재료로 사용하기 위해 그 용량 보유력이 뛰어나기 때문에 연구자들이 시도한 바 있다.
그러나 이는 실리콘이 충전 중에 3배 이상 팽창되고, 방전 시에 원래 크기로 수축되면서 배터리의 효율성과 구조적 합리성을 심각하게 손상시키기 때문에 계속해서 어려움을 겪어왔다.
큰 실리콘 입자의 팽창 문제는 배터리 작동 중에 한층 악화되어 전극 재료로 사용하는 데 제한을 가지고 있다.
한국 과학자들은 이제 작은 실리콘 입자와 겔 고분자 전해질을 사용하는 “차세대” 고에너지 밀도 리튬이온 배터리 시스템을 개발했다.
전지 내의 겔 전해질은 양극과 음극 사이의 전하 입자의 이동을 용이하게 하는 중요한 구성품이다.
기존에 사용되는 액체 전해질과 달리, 겔 전해질은 고체 또는 겔 상태로, 탄성이 있는 고분자 구조를 가지고 있어 액체와 비교하여 안정성이 더 높다.
연구자들은 겔과 작은 실리콘 입자 사이에 화학적 결합을 형성하여 배터리 작동 중에 발생하는 부피 팽창의 내부 응력을 분산시킨다고 설명했다.
과학자들은 “이 결과로 얻은 통합 시스템은 부피 팽창을 완화하면서도 높은 이온 전도도를 제공하는 뛰어난 특성을 나타냈다”고 밝혔다.
연구 결과에 따르면, 이 “비용 효율적인” 겔 전해질 시스템은 액체 전해질을 사용하는 기존 배터리와 유사한 전도도를 가지고 있으며, 에너지 밀도도 거의 40% 향상되었다고 한다.
연구 공동 저자인 Soojin Park 박사는 “우리는 마이크로 실리콘 음극을 사용하고 있지만, 안정적인 배터리를 가지고 있습니다. 이 연구는 우리를 실제로 고 에너지 밀도 리튬이온 배터리 시스템에 한 발짝 가깝게 만들어 줍니다”라고 말했다.
연구자들은 이 연구 결과가 미래 배터리에서 에너지 밀도를 향상시키는 데 있어서 새로운 방법의 잠재력을 보여준다고 말하며, 현재 단일 충전으로 약 700km 주행하는 전기차가 1,000km 주행 거리에 이를 수 있도록 에너지 저장 시스템을 혁신할 수 있다고 말했다.
기사에는 리튬이온 배터리의 혁신적인 발전에 대한 내용이 소개되었습니다. 이러한 발전으로 인해 전기차는 단일 충전으로 약 1,000km 또는 600마일 주행이 가능하게 되었습니다. 이는 ‘차는 몇 시간 버틸까’라는 우려를 해소하기 위한 연구의 결과입니다.
주요 용어 및 용어 정의:
– 리튬이온 배터리: 전기 에너지를 저장하고 공급하기 위해 리튬이온 이온을 사용하는 배터리입니다.
– 전극: 배터리 내에서 전기 전도를 담당하는 부분입니다.
– 실리콘: 리튬이온 배터리의 전극 재료로 사용되는 물질입니다.
– 겔 전해질: 배터리 내에서 양극과 음극 사이의 전하 입자의 이동을 용이하게 하는 구성품입니다.
– 이온 전도도: 전해질 내에서 이온들이 전기를 전달하는 능력을 의미합니다.
– 에너지 밀도: 배터리가 담을 수 있는 에너지의 양입니다.
관련 링크:
– 전기차 충전 관련 최신 기술
– 리튬이온 배터리 개발 동향
– 에너지 저장 시스템 혁신에 관한 논문