전기자동차용 새로운 축전지 기술 개발

[Canadian Light Source]사의 과학자들은, 전기자동차에 사용되기에 이상적인 높은 에너지와 우수한 충전율을 가진 더 저렴한 물질을 사용하여 축전지를 제작하는 기술의 선두에 있게 되었다.

기존의 내부연소 엔진에서 전기자동차로의 이전작업은 잘 진행 중이다. 그런데 이용할 수 있는 축전지 시스템의 제한된 에너지 저장능력 때문에 현재의 전기자동차가 가진 제한된 주행거리가 전기자동차가 더 많이 도로에서 보이지 않는 중요한 이유이다.

[CLS]사와 웨스턴 대학교 연구진 그룹이 나트륨-공기 축전지의 반응 동역학과 재충전성 문제를 해결하는데 상당한 진전을 이루었다. 그들은 나트륨-공기 축전지 시스템과 화학적 조성 그리고 충전 행태에 대한 이해가 더욱 도로 주행에 가치가 있는 전기자동차 제작에 도움이 될 것이라고 믿고 있다.

"금속-공기 전지는 기존의 리튬-이온 축전지와는 다른 화학적 성질을 사용하여, 휘발유와 경쟁할 정도의 성능을 가지게 한다. 더 높은 에너지 밀도를 가진 새로운 충전용 축전지 시스템의 개발은 전기자동차의 주행거리를 확장시키고 전기자동차를 매일 사용하기에 실용적으로 만들게 될 것"이라고 웨스턴 대학교 기계 및 재료공학과 캐나다 리서치 체어(Canada Research Chair)인 앤디 선(Andy Sun) 박사는 말했다.

"다른 측면으로, 높은 에너지 밀도를 가진 축전지 시스템은 배출가스와 기후변화 영향을 감소시키기 위해 재생에너지 소스를 이용하게 된다"고 그는 말했다.

실험 도중에, 연구진들은 다양한 물리화학적인 조건에서 나트륨-공기 축전지에서 발생하는 다양한 방전 생성물(discharge products)을 검토했다. 과산화나트륨(sodium peroxide)과 초과산화 나트륨(sodium superoxide)과 같은 부산물이 생성되었다. 이러한 방전 생성물에 대한 이해는 축전지 셀의 충전 사이클에 매우 중요한 것인데, 그 이유는 다양한 산화물이 다른 충전특성의 가능성을 가지기 때문이다.

실험은 [CLS]사의 [VLS-PGM beamline]의 강력한 엑스레이를 사용하여 수행되었다.

"우리는 산화나트륨의 다른 상태를 식별하기 위해 표면에 민감한 기술을 사용하여 광전자 엔드스테이션(photoemission endstation)의 고휘도 및 고에너지 해상도를 이용했다. 또한, 우리는 축전지 셀의 동역학적 파라미터를 변화시킴으로써 생성물의 화학적 조성 상의 변화를 모니터링했다"고 이 회사의 스탭 과학자인 지아유 쿠이(Xiaoyu Cui) 박사는 말했다.

연구진들에 의하면, 단 몇 가지의 연구만이 나트륨-공기 축전지 시스템을 다루었으며, 그것도 셀의 화학적 성질 특성에 대한 제한된 이해를 보여주고 있다. 그들의 연구는 [Energy and Environmental Science] 저널에 발표되었고, 저자들은 이 연구결과가 나트륨-공기 축전지의 화학적 성질에 대한 이해를 한층 강화시키고, 거꾸로 충전율과 에너지 효율성 향상에 이바지할 것이라고 밝혔다.

"과거 몇 십 년 동안 충전용 고에너지 금속-공기 축전지 셀의 개발을 위한 많은 연구가 이루어졌지만, 여전히 현재의 전기자동차 수요를 감당할 수 있는 실용적인 고에너지 축전지 시스템을 이룩하려면 가야 할 길이 멀다. 우리는 에너지 밀도와 수명을 증가시키기 위해 다른 축전지 시스템의 물질 개발을 위해 연구를 진행 중"이라고 선(Sun) 박사는 말했다.

"금속-공기 축전지는 리튬-이온 축전지와 같은 다른 축전지 시스템과 비교하여 그렇게 비싸지 않다. 특히, 나트륨-공기 축전지는 사용재료가 자연자원에서 쉽게 공급될 수 있기 때문에 매우 비용효과적이다. 나트륨과 산소는 지구 상에서 가장 흔한 물질들에 속한다"고 선 박사는 덧붙였다.

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 전기자동차용 새로운 축전지 기술 개발