전기 자동차 배터리 10분 만에 충전하는 기술 개발

배터리 팩.

전기 자동차 배터리 설계의 획기적인 혁신으로 일반적인 EV 배터리를 10분 만에 충전할 수 있게 됐다.

더 짧은 충전 시간과 더 긴 여행 거리를 결합한 기록적인 혁신 방안이 12일 네이처(Nature) 저널에 발표됐다.

펜실베니아 주립대 기계공학과 교수이자 이번 연구의 주저자인 왕차오양(Chao-Yang Wang) 교수는 “더 작고 빠른 충전 배터리에 대한 필요성이 그 어느 때보다 커졌다”고 말했다.

“예상되는 수요를 충족시키기에 배터리와 핵심 원자재, 특히 국내에서 생산되는 원자재가 충분하지 않다.”

8월에 캘리포니아 대기자원위원회는 주 내에서 휘발유 자동차 판매를 제한하고 궁극적으로 금지하는 광범위한 계획을 통과시켰다. 2035년까지 미국에서 가장 큰 자동차 시장이 내연기관을 사실상 퇴출시킨 것이다.

왕은 신차 판매가 배터리 구동 전기 자동차(EV)로 전환될 경우 두 가지 주요 단점을 극복해야 한다고 설명했다. 배터리에 따라 일부 EV는 충전하는 데 하루 종일 걸릴 수 있다.

펜실베니아 주립대학에 기반을 둔 스타트업과 파트너 관계를 맺은 연구소의 왕은 “우리의 고속 충전 기술은 대부분의 에너지 밀도가 높은 배터리에 작동하며 운전자가 주행 거리에 대한 불안을 느끼지 않도록 150kWh에서 50kWh로 전기 자동차 배터리를 축소할 수 있는 새로운 가능성을 열어줄 것”이라고 말했다.

“더 작고 빠르게 충전되는 배터리는 배터리 비용과 코발트, 흑연, 리튬과 같은 중요한 원자재 사용량을 획기적으로 줄여 저렴한 전기 자동차의 대량 채택을 가능하게 할 것이다.”

이 기술은 배터리에서 가능한 최고의 성능을 요구하는 내부 열 변조에 의존한다고 왕은 설명했다.

배터리는 뜨거울 때 가장 효율적으로 작동하지만, 너무 뜨겁지 않아야 한다. 배터리를 올바른 온도로 일관되게 유지하는 것은 배터리 엔지니어에게 중요한 과제였다.

왕은 역사적으로 배터리 온도를 조절하기 위해 외부의 부피가 큰 가열 및 냉각 시스템에 의존해 왔으며, 이는 느리게 반응하고 많은 에너지를 낭비한다고 설명했다.

왕과 그의 팀은 대신 배터리 내부에서 온도를 조절하기로 결정했다. 연구진은 양극, 전해질, 음극 외에 네 번째 구성요소로 초박형 니켈 호일을 추가한 새로운 배터리를 개발했다.

촉매제로 작용하는 니켈 호일은 배터리의 온도와 반응성을 자체 조절하여 거의 모든 EV 배터리에서 10분 동안에 급속 충전을 가능케 한다고 왕은 설명했다.

연구원들은 “성능이 높은 고속 충전 배터리는 즉각적인 영향을 미칠 것”이라며 “모든 내연기관 차량을 150kWh가 장착된 EV로 교체할 수 있는 원료 광물이 충분하지 않기 때문에 EV가 주류가 되기 위해서는 용량이 작은 급속 충전이 필수적이다”라고 설명했다.

연구의 파트너인 EC 파워(Power)는 저렴하고 지속 가능한 차량 전기화의 미래를 위해 급속 충전 배터리를 제조하고 상용화하는 노력을 하고 있다고 왕은 말했다. 이 연구는 미 에너지부, 미 국방부, 미 공군 등의 지원을 받았다.

/ 포춘코리아 김상도 기자 [email protected]