日연구진 ‘코발트’ 없는 친환경·고효율 리튬이온 배터리 개발

일본의 한 연구팀이 비싸고 환경에 유해한 코발트를 사용하지 않는 새로운 리튬이온 배터리 시제품을 개발했다.

29일(현지시간) 닛케이 아시아는 도쿄 대학 연구팀이 같은 크기의 기존 배터리보다 약 60% 더 많은 에너지를 저장하면서 코발트를 사용하지 않는 새로운 리튬 이온 배터리의 시제품을 개발했다고 보도했다.
다양한 분야에서 사용하는 리튬이온 배터리는 제조 과정에서 코발트, 니켈, 망간이 포함된 전극을 사용한다. 특히 코발트는 전기차 배터리 성능을 결정하는 음극재의 핵심 소재 중 하나다. 음극재의 부식 및 폭발 위험을 제어해 안정성을 높이고, 다른 화학소재보다 더 긴 주행 거리 성능을 제공하며, 배터리 충전 상태 측정과 관리가 덜 까다롭다.

다만, 코발트는 비싼 가격과 더불어, 오래전부터 채굴 관행이 논란이 되어 왔다. 현재 전 세계 코발트의 약 70%가 콩고 민주 공화국(DRC)에서 채굴된다. 이 나라의 코발트 채굴은 아동 노동, 위험한 채굴 환경, 노동자들에 대한 부당 대우 등 각종 위법 행위들이 자행되고 있는 것으로 알려졌다.

이에 세계 각국의 연구자들이 코발트를 대체할 수 있는 물질을 연구해 왔다. 그 결과 중 하나인 리튬인산철(LFP) 배터리는 일반적인 리튬이온 배터리보다 약 30% 더 저렴하게 배터리 셀을 만들 수 있다. 다만, 기존 리튬이온배터리보다 무겁고, 에너지밀도가 낮아 장시간 주행 성능은 떨어진다.

도쿄대 연구팀은 더욱 효과적인 대안을 찾기 위해 리튬, 니켈, 망간, 실리콘 및 산소가 포함된 전극으로 배터리를 개발했다. 이러한 소재를 조합하면 더 높은 전압의 배터리를 만들 수 있지만, 고장이 발생하기 쉽고 장시간 사용이 어려운 것이 걸림돌이었다.

연구팀은 새로 개발한 전해질을 사용해 이 문제를 극복했다고 강조했다. 그 결과, 연구팀이 만든 소형 코인 배터리의 시제품은 1000회 충전과 방전을 반복해도 저장 용량의 80%를 유지했다.

특히 에너지 밀도가 LFP 배터리보다 약 60% 높으며, 잠재적으로는 코발트가 포함된 기존 일반 리튬이온 배터리보다도 더 많은 에너지를 저장할 수 있다고 연구팀은 강조했다.
연구팀은 이번 새로운 배터리와 관련해 수년에 걸쳐 배터리 성능이 어떻게 저하되는지 모니터링한다는 계획이다.

야마다 아츠오 도쿄대 교수는 “이 새로운 배터리는 기존 생산 설비를 그대로 사용할 수 있어 대량 생산에 유리하다”라며 “라이센싱을 포함해 기술 상용화에 관심이 있는 기업과 협력하는 방법을 고려할 것”이라고 말했다.


최용석 글로벌이코노믹 기자 rpch@g-enews.com