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신소재공학과 김도경교수팀, 리튬이온 이차 전지용 고성능 양극소재 원천기술 확보
- 리튬 망간계 스피넬형 나노막대 물질 합성 성공
- 美 화학회 나노레터스(Nano Letters)11월호 논문발표
하이브리드 자동차와 미래의 전지자동차의 핵심부품인 리튬이온 이차전지의 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 1차원 나노구조 형태의 리튬망간계 스피넬(spinel, 첨정석, 尖晶石)형 양극소재를 합성하는 원천기술이 개발됐다.
KAIST(총장 서남표) 신소재공학과 김도경(金渡炅, 49세, 입학본부장) 교수가 美 스탠포드대학 이 쿠이(Yi Cui) 교수팀과 공동으로 리튬이차 전지의 충방전 특성과 고온 안정성을 높일 수 있는 리튬망간계 스피넬형의 양극물질을 나노막대 구조로 대량 합성하는 방법을 개발했다. 성능을 확인한 연구결과는 나노과학 분야의 국제적 권위학술지인 "나노 레터스(Nano Letters)" 11월호에 발표됐다.
저공해 하이브리드 자동차와 무공해 전기자동차의 핵심기술이며, 최근 휴대용 전자기기 전원공급 장치의 주종을 이루는 리튬이온 이차 전지는 전 세계의 연구자들이 뜨거운 개발 경쟁을 벌이는 분야다. 현재 상용화된 리튬전지용 양극인 리튬코발트계 소재는 그 특성이 우수하나 가격이 비싸고, 충방전시 발생하는 열에 취약하여 대량의 전류밀도를 필요로 하는 하이브리드 자동차용 등의 적용에는 그 한계가 있다.
이에 반해 리튬망간계 양극소재는 그 원료가 지구상에 풍부하여 가격이 낮고 친환경적인 소재로 평가되며, 안정된 스피넬형 원자구조를 이룰 경우 고온 안정성이 뛰어나다. 다만 충방전 속도가 느리고, 계속되는 충방전 사이클에 따라 특성이 저하되는 단점이 지적되어 이를 극복하기 위해 나노입자화 또는 나노기공의 도입이 시도되었다. 그러나 이들 나노구조화 방법 또한 양극소재의 적층밀도를 낮추어 단위부피당 생산하는 전류밀도를 낮추는 결과를 나타내기 때문에 적층밀도를 높일 수 있는 1차원 나노구조인 나노와이어 또는 나노막대형 전극소재의 개발이 기대되어 왔다.
최근 金 교수팀은 안정된 스피넬구조의 리튬망간 소재를 100나노미터(1나노미터는 백만분의 1미리미터) 굵기의 나노막대 구조로 대량 합성하는 방법을 개발했으며, 이를 리튬이온전지의 양극에 적용한 결과, 높은 전류밀도 조건에서도 충방전 특성이 크게 개선되었음을 확인하였다. 리튬원자가 스피넬 구조에서 빠져나오는 단계인 충전반응에서 나노막대 양극소재는 원자구조가 크게 바뀌지 않는 특성을 갖고 있었으며, 이것이 많은 횟수의 충방전 시에도 그 특성이 저하되지 않는 원인임을 알아냈다. 이번에 개발된 나노소재 합성법은 수열합성법과 일반 열처리를 결합한 공정으로 대량생산에 비교적 쉽게 적용할 수 있어 산업화 또한 조기에 이뤄질 것으로 전망된다.
2008.11.20 조회수 22164 -
KAIST-(주)CT&T, 하이브리드 전기차 양해각서 체결
- 자연에너지 접목으로 주행거리, 배터리 수명, 사용자 편의 획기적개선
KAIST(총장 서남표)와 전기차 전문업체인 (주)CT&T(대표 이영기)가 멀티에너지 플러그인 하이브리드 전기차(Multi Energy Plug in Hybrid Eelectric Vehicle) ‘ME-PHEV’ 개발을 완료하고, 양산화에 관한 양해각서(MOU)를 체결했다.
‘ME-PHEV’는 전기차에 소형발전기와 태양광 등 활용 가능한 자연에너지를 다중으로 접목시켜 기존 전기차에 비해 주행거리, 배터리 수명, 사용자 편의성을 획기적으로 개선시킨 차량이다.
KAIST 원자력양자공학과 장순흥(張舜興, 54) 교수와 정용훈(鄭鏞訓, 34) 교수팀은 (주)CT&T와 전기차 c-ZONE을 이용, 외부 전원으로 충전되는 배터리외에 발전기 및 태양광등을 접목한 ‘ME-PHEV’ 개발을 완료 했으며, 다수의 관련 국내 및 국제 특허를 출원했다. 이번 협약식을 통해 국내최초 고유모델 근거리저속 전기차 e-ZONE에도 확대 적용, 내년부터 본격적인 양산을 추진할 계획이다.
기존의 전기차는 배터리에 충전된 전기에너지가 모두 소모된 이후에는 외부전원에 의한 재충전 없이는 운행이 불가능했다. 또한 배터리에 저장된 에너지를 대부분 소진하고 재충전하는 깊은 충방전(Deep Cycle)을 자주 하게 되어 배터리 수명이 짧아지는 단점이 있었다. 이번에 개발된 ‘ME-PHEV’는 발전기와 태양광 패널 등을 장착하여 주행 중에도 배터리에 지속적인 충전이 가능하여 주행거리가 획기적으로 증진된다. 따라서 낮 시간에도 지속적인 운행은 물론 주/정차 중 충전이 가능하여 실질적으로 배터리 용량이 늘어나는 효과를 얻을 수 있으며, 과방전이 방지되어 배터리의 수명이 2배 이상 늘어나게 된다. 또한 장기간 이용하지 않을 때에도 태양광에 의해 배터리의 자연방전분이 지속적으로 충전되어 사용자가 배터리 수명관리에 특별한 주의를 기울이지 않아도 된다. 운전자 입장에서 보면 운행거리, 배터리팩 유지보수와 교체 등 불편사항이 해소되어 향후 전기차 이용이 획기적으로 증대될 것으로 기대된다.
張 교수는 “세계 메이저 자동차회사가 개발, 양산하고 있는 하이브리드자동차는 내연기관과 배터리를 접목시킨 자동차로서, 가격문제와 공해문제로 인해 결국에는 자연에너지와 전기에너지를 접목한 ‘ME-PHEV’의 방향으로 갈 수 밖에는 없을 것이다”라며 이번 기술을 높이 평가했다.
이번 협약서에는 ▲공동개발에 참여하는 KAIST 교수들의 (주)CT&T 자문위원 위촉 ▲KAIST 학생들에 대한 (주)CT&T 장학금 지급 ▲상용화된 e-ZONE 차량에 "KAIST" 브랜드 로고 부착 및 판매수익에 따른 브랜드 로열티 지급 등이 명시된다.
한편, (주)CT&T는 국내 최초의 고유모델 전기차 e-ZONE을 지난달부터 본격 양산하여 골프장, 레저단지 등을 비롯한 다양한 산업, 생활분야에 판매 중이다. 캐나다와 600대 규모의 공급계약을 맺고 지난 23일 초도 분을 선적한바 있다.
2008.06.30 조회수 24051