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  • 기사등록 2022-08-12 12:38:51
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▲ 표지이미지© 2022 The Authors. Advanced Energy Materials published by Wiley-VCH GmbH



국내 연구진이 고도분석 플랫폼을 통한 최신 양극소재의 용량 저하 메카니즘을 규명하고 충·방전방식에 다른 전지수명과 최적 성능 상관관계를 확인했다.


한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 에너지저장연구센터 장원영 박사, 전북분원 탄소융합소재연구센터 김승민 박사 공동연구팀은 정전류-정전압 방식이 조건에 따라 배터리의 성능저하 원인이 될 수 있다는 점을 밝혀냈다고 11일 밝혔다.


연구진은 전기 자동차용 하이니켈계 양극 소재 대상 충전전압 안전 상한선인 4.3V에서 고속 충·방전 사이클 실험을 진행했다. 이 경우 정전류-정전압 방식이 정전류 충전 방식과 대비해 성능저하가 빠르다.


연구진은 투과 전자현미경을 통해 정전류-정전압 충전 과정에서 배터리의 성능 저하를 일으키는 주된 원인인 니켈 부반응이 표면 위주로 집중되어 불균일하게 일어나는 것을 확인했다.


또 리튬 자리로 이동한 니켈이 방전 시에도 본래의 자리로 돌아가지 못하여 리튬과 니켈 양이온의 주기적 섞임 현상이 발생했고, 심각한 배터리 성능 저하가 나타나는 것을 확인했다.


이러한 성능 열화현상은 충전전압 안전 상한선에 충분한 여유를 준 4.1V로 고속 충·방전을 진행시 관찰되지 않았다. 정전류-정전압 방식은 하이니켈계 양극 소재의 경우 충전 전압 안전 상한선 대비 낮은 전압으로 충전될 때 효율적이며, 충전전압 안전 상한선을 최대한 활용해 충전을 진행할 경우 오히려 배터리의 성능저하를 유도할 수 있다.


KIST 장원영 박사는 “배터리를 화재의 위험없이 긴 주행거리를 사용하기 위해서는 고성능 전극 소재의 개발 이외에 배터리 충·방전 방식 설계 또한 중요하다”고 밝혔다.


KIST 전북분원 김승민 박사는 “안전한 전지 구동 및 성능 최적화를 달성하는데 본 연구가 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다.


한편, 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원으로 KIST 주요사업 및 한국연구재단 중견연구자지원사업으로 수행되었으며, 연구결과는 재료과학, 에너지소재 분야의 국제학술지 ‘Advanced Energy Materials’ (IF 29.698, JCR 분야 상위 2.464%) 최신호에 Back Cover 표지 논문으로 게재되었다.

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