10분 이내 완충 가능…美 연구팀 전기차 충전 기술 개발

미국의 기술자로 이뤄진 연구팀이 10분 안에 충전할 수 있는 배터리(전지)를 개발했다고 발표했다. 이에 따라 전기 자동차 충전 시간에 대한 우려는 과거의 일이 될지도 모른다.

전기차의 급속 충전 기술은 시장 장악을 위한 핵심으로 여겨져 이번 발표는 앞으로 운전자가 잠시 화장실이나 커피숍에 들리는 짧은 시간 동안 차량의 배터리를 완충할 수 있다는 얘기다. 또 이 기술은 장거리 주행 중 목적지에 도착하기 전 배터리 방전에 대한 우려를 해소할 것이다.

이에 대해 새로운 배터리 기술을 개발한 미국 펜실베이니아주립대 연구진은 리튬이온 배터리를 사용하는 기존 기술로는 급속 충전 시 성능이 떨어질 수 있다고 지적했다.

이는 배터리를 충전해 에너지를 사용하기 위한 리튬이온 입자의 흐름이 날씨가 추울 때 즉 기온이 낮은 상황에서 급속 충전이 원활하게 이뤄지지 않기 때문이다. 이때 리튬이온은 양극(애노드) 전극에 순조롭게 축적되는 것이 아니라 ‘리튬 전착’으로 알려진 리튬금속 표면에 전압 스파이크를 일으켜 배터리 용량이 줄고 잠재적으로 안전하지도 않다.

물론 높은 온도에서 충전하면 리튬 전착 문제를 피할 수 있지만, 장시간 고온으로 인해 배터리마저 손상된다고 연구진은 지적했다.

이제 연구진은 이런 리튬이온 배터리를 단 10분간 60℃까지 가열했다가 다시 외부 온도로 빠르게 냉각할 수 있으면 리튬 스파이크가 일어나지 않아 열 손상을 피할 수 있다는 점을 발견했다.

이들 연구자가 고안해낸 배터리 설계 구조는 스스로 가열하는 방식으로, 얇은 니켈 포일을 사용해 30초 이내에 가열하는 전기 회로를 제작해 배터리 내부를 따뜻하게 하는 것이다. 배터리를 충전하고 나서 필요한 급속 냉각 장치는 차량에 설계한 냉각 시스템을 사용해 이뤄질 것이다.

연구진은 이 연구를 통해 10분 안에 전기차를 완전히 충전하고 배터리를 계속해서 충전할 수 있다는 것을 보여줬다.

연구를 이끈 왕차오양 펜실베이니아주립대 교수는 “우리는 전기차를 10분 안에 주행거리 200~300마일(320~480㎞)을 갈 수 있는 전기를 충전하고 충전 주기를 2500회까지 유지해 총 50만 마일(80만4600㎞)을 주행할 수 있다는 것을 증명했다”고 말했다.

이어 “10분 이내 충전 트렌드는 미래를 위한 것이며 주행 중 방전에 대한 불안 문제를 해결하므로 전기차 채택에 꼭 필요할 것”이라고 덧붙였다.

자세한 연구 결과는 세계적 권위의 학술지 셀(Cell)의 자매지인 ‘줄’(Joule) 최신호에 실렸다.

윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr