포스텍은 에너지소재대학원 김원배<사진> 교수 연구팀이 단 6분 만에 전기차를 충전시킬 수 있는 음극소재 기술을 개발했다고 14일 밝혔다.

포스텍에 따르면 연구팀은 이번 연구에서 리튬 이온 저장 능력이 우수하고, 강자성 특성을 가지는 ‘망간-철 산화물’ 음극재가 더 많은 리튬을 저장할 수 있도록 합성 방법을 새롭게 설계했다.

먼저 망간 산화물이 있는 용액에 철을 넣어 갈바닉 치환 반응을 통해 안쪽에는 망간 산화물이, 바깥쪽에는 철 산화물이 분포된 이중구조물을 형성했다.

이후 수열합성법 등의 과정을 통해 ‘망간-철 산화물’ 음극재를 표면적이 큰 나노미터 두께의 시트 형태로 만들었다.

그 결과 치환 반응으로 형성된 철 금속 나노 입자의 스핀-분극화된 전자 사용이 극대화되여 많은 양의 리튬 이온을 추가적으로 저장할 수 있었다.

‘망간-철 산화물’ 음극재가 낼 수 있는 이론적인 용량보다 50% 이상 늘리는 데 성공한 것이다.

음극재의 표면적이 증가함으로써 많은 양의 리튬 이온과 전자가 동시에 이동하는 것이 가능해져 기존에 배터리 충전 속도 역시 향상됐다.

실험 결과 단 6분이면 현재 상용화된 전기차 음극재의 용량만큼 급속 충·방전시키기에 충분했다.

연구를 이끈 김원배 교수는 “기존 음극재의 전기화학적 한계를 극복하고, 배터리 용량을 높일 수 있는 전자 스핀 활용 표면 설계에 대한 새로운 통찰력을 제공했다”며 “전기차의 내구성과 충전 속도 모두 향상시킬 수 있는 방안이 될 것”이라는 기대를 전했다.