중국 과학자들이 리튬 이온 배터리 에너지 밀도를 700Wh/kg까지 높이는 데 성공했다.

향후 전기자동차의 리튬 배터리 성능이 크게 개선될 것으로 전망된다.

26일 차이롄서 등 중국 매체들에 따르면 중국 난카이대학과 중국과학원, 상하이우주동력시스템연구소 팀(이하 중국 연구팀)이 기존 리튬 배터리의 크기와 무게는 그대로 유지하면서 배터리 수명(주행가능거리)과 저온 저항성을 크게 향시키는 데 성공했다.

현재 상용화되고 있는 리튬 이온 배터리 전해질은 리튬염과 탄산염계 용매를 사용한다. 탄산염은 리툼과 산소 사이의 이온 쌍극 상호작용은 리튬염의 용해를 촉진한다. 하지만 이 용매는 습윤성이 낮고 많은 양이 필요해 리튬 이온 배터리의 에너지 밀도를 향상시키는데 어려움이 있다.

또 강한 상호작용은 배터리의 성능을 제한한다. 통상 배터리는 마이너스 50도 이하에서 작동하기 어렵다.

전기차 및 배터리 생산 업체들이 극한 지역에서 배터리 성능 테스트를 하는 이유다.

이 같은 문제를 해결하기 위해 중국 연구팀은 새로운 불화탄화수소 용매 분자를 합성했다. 이 용매는 전해질 내 리튬염을 효과적으로 용해시키면서 기존의 리튬-산소 배위 방식을 대체할 수 있다고 중국 매체들은 전했다.

습윤성이 뛰어나 전해질 사용량을 줄일 수 있고, 저온에서도 빠른 전하 전달이 가능하다는 것이다.

실제 중국 연구팀은 새로운 전해질 체계를 기반으로 실온에서 700Wh/kg의 리튬 배터리를 구현했다.

또 마이너스 50도 환경에서도 약 400Wh/kg에 달하는 높은 에너지 밀도를 확보했다고 중국 매체들은 설명했다.

자오칭 난카이대 연구원은 리튬염 옹해의 핵심은 플루오린(불소) 원자의 전자 밀도와 용매 분자의 입체적 구조를 정밀하게 조절하는 데 있다"면서 이 전해질 기반 리튬 배터리는 고에너지 밀도 및 저온 내구성을 동시에 갖춘 것"이라고 설명했다.

천쥔 중국과학원 원사는 고에너지 밀도 배터리는 전기차와 지능형 로봇, 우주항공분야 등에서 폭넓은 응용 가능성이 있다"라고 의미를 부여했다.

이번 연구 결과는 2월 26일 국제 학술지 네이처 온라인판에 게재됐다.