울산과기원, 휘발유보다 효율 높은 전기차 배터리 개발

1kg짜리 한번 교체해 700km 달려..조재필 교수팀 '알루미늄-공기 흐름 전지' 기술

알루미늄 금속 덩어리 모습. [울산과학기술원 제공]

(울산=연합뉴스) 허광무 기자 = 울산과학기술원(UNIST) 연구진이 휘발유 엔진보다 에너지 효율이 높은 전기차 배터리 기술을 개발했다.

조재필 에너지 및 화학공학부 교수팀은 리튬 이온 배터리보다 오래 쓰면서 폭발하지 않는 '알루미늄-공기 흐름 전지' 기술을 개발했다고 13일 밝혔다.

알루미늄-공기 흐름 전지는 충전해 사용하는 이차전지가 아니라, 방전만 되는 일차전지다. 전기차에 적용하면 알루미늄 금속만 교체해 전기를 공급받게 된다.

특히 이 전지에 적용한 알루미늄의 에너지 밀도는 1㎏당 2천500Wh(킬로와트시)로, 휘발유 1㎏의 1천700Wh보다 월등하다. 이런 밀도라면 한 번 교체에 700㎞를 달리는 전기차 배터리를 만들 수 있을 것으로 기대된다.

'알루미늄-공기 흐름 전지' 개념도. [울산과학기술원 제공]

이 전지 기술은 다양한 금속(연료)을 공기와 반응시켜 전기를 얻는 '금속-공기 전지'의 하나다.

리튬 이온 배터리보다 에너지 밀도가 커서 차세대 배터리로 주목받는데, 특히 알루미늄에 대한 기대가 크다. 알루미늄은 가볍고, 저렴하고, 용량이 리튬보다 크고, 폭발하지 않는다는 장점이 있다.

다만, 기존 '알루미늄-공기 전지'는 작동 과정에서 부산물이 쌓여 쉽게 성능이 떨어지는 단점이 있었다. 조 교수팀은 '전해액 흐름'이라는 방식을 적용해 문제를 해결했다. 전지에 펌프를 도입해 전해액이 흐르게 하자 부산물이 쌓이지 않아 성능이 유지된 것이다.

알루미늄-공기 흐름 전지의 방전 용량은 기존 알루미늄-공기 전지보다 17배 증가했다.

특히 새로 개발한 '은-망간산화물 기반 촉매'까지 적용하면 전지가 폭발하지 않으면서 전기차 주행거리를 크게 늘릴 것으로 기대된다. 이 고성능 촉매는 기존 백금계 촉매에 성능은 뒤지지 않으면서, 가격은 50분의 1 수준으로 저렴한 장점이 있다.

조 교수는 "알루미늄은 산업적으로 가장 많이 쓰이는 금속이라 소재 수급에 따른 전지 가격 문제에서 자유롭다"면서 "전기차에서 (배터리를 충전하는 대신) 가벼운 알루미늄 금속을 교체하는 방식으로 사용할 수 있을 것"이라고 전망했다.

이번 연구는 학술지 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'(Nature Communications) 13일 자에 게재됐다.

조재필 UNIST 에너지 및 화학공학부 교수. [울산과학기술원 제공]

hkm@yna.co.kr

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