전기자동차를 위한 새로운 배터리 기술

CLS(Canadian Light Source)의 과학자들은 고에너지 및 보다 개선된 충전속도를 가진 값싼 물질을 이용하여 전기자동차(Electric Vehicles, EVs)용 배터리에 적용하고자 노력하고 있다. 도로상에서 현재 일반적으로 운행되고 있는 내연기관 자동차를 전기자동차로 변경하는 일은 순조롭게 진행되고 있다. 그러나 전기차는 한정된 에너지 저장 능력으로 제한된 거리만을 운행할 수 있기 때문에 대중화가 지연되고 있다.

CLS와 웨스턴대학(Western University) 연구진은 나트륨-에어 배터리(Sodium-air Battery)의 반응역학 및 재충전을 다루는데 있어 큰 진전을 이루었다. 연구진은 나트륨-공기 배터리 시스템, 화학조성 및 충전 관련 행동을 이해하는 것은 전기자동차에 적합한 배터리를 생산하는데 기여할 것으로 보고 있다. 웨스턴대학의 Xueliang Sun 박사는 “금속-공기 셀은 일반 리튬이온 배터리(Lithium-ion Battery)와 다른 화학반응으로 작동하며, 오히려 휘발유와 같은 연료와 경쟁하는 것이 더 적합하다고 할 수 있다. 높은 에너지밀도(Energy Density)를 가진 새로운 충전가능 배터리 시스템을 개발하는 일은 전기자동차의 주행거리를 향상시키고, 보다 실용적으로 활용할 수 있도록 도와준다”고 말한다. 그리고 “즉 높은 에너지 밀도의 배터리 시스템은 온실가스 배출 및 기후변화 문제를 해결하기 위한 재생가능 에너지원 활용에 기여할 것”이라고 덧붙였다.

연구진은 실험을 통해 다양한 물리화학적 조건 하에서 나트륨-공기 배터리로부터 얻어지는 다양한 방전물질에 대해 연구하였다. 방전물질에는 과산화나트륨(Sodium Peroxide)이나 초과산화나트륨(Sodium Superoxide)이 포함되어 있다. 이러한 방전물질을 이해하는 일은 각기 다른 산화물들이 다른 대전전위(Charging Potentials)를 보여주기 때문에 배터리 셀의 충전 사이클에 매우 중요하다고 할 수 있다. 이번 실험은 CLS VLS-PGM 빔라인의 X선을 활용하여 이루어졌다. CLS의 Xiaoyu Cui 박사는 “연구진은 산화나트륨의 각기 다른 상태를 확인하기 위해 표면감응기술(Surface Sensitive Technique)을 활용하였다. 또한 셀의 운동역학적 변수를 변화시켜 생성되는 물질의 화학조성 변화를 모니터링하였다. CLS에서 얻어진 데이터는 가설을 확신하는데 도움을 주었다”고 설명하였다.

연구진은 지금까지 몇 안되는 연구만이 나트륨-공기 배터리 시스템에 대해 다루었으며, 이들 연구도 셀의 화학반응에 대한 이해는 제한적이라고 밝혔다. 이번 연구결과는 Energy and Environmental Science에 발표되었다. 논문의 저자는 연구결과가 나트륨-공기 셀의 화학작용을 이해하는데 도움을 줄 것이며, 이를 통해 개선된 충전속도 및 에너지 효율이 가능할 것으로 믿고 있다.

Sun 박사는 “지난 10년간 높은 에너지 밀도를 가진 재충전가능한 금속-공기 배터리에 대해 연구가 이루어졌으나 현재 전기자동차의 수요를 충족시킬수 있는 실용적인 고에너지 배터리 시스템까지는 아직 먼 길을 가야 한다. 연구진은 에너지밀도와 수명을 개선하기 위해 다양한 배터리 시스템을 위한 새로운 물질을 개발하고 있다. 금속-공기 배터리는 리튬이온과 같은 배터리 시스템과 비교했을 때 경제성이 우수하다. 특히 나트륨-공기 배터리는 관련 소재를 풍부한 천연자원에서 확보할 수 있기 때문에 가격면에서 효율적이라 할 수 있다”고 말했다.

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 전기자동차를 위한 새로운 배터리 기술