과학저널 《자연·지속가능성》 최신호에 따르면 미국 조지아공대가 이끄는 다기관연구팀은 비용이 일반적인 음극재료의 1~2% 에 불과하지만 같은 량의 전기를 저장할 수 있는 혁명적인 저비용 음극재료인 염화철을 개발했다. 이 성과는 전동차 시장과 전체 리티움이온전지 시장에 돌풍을 몰아올 것으로 전망된다.

현재 전동차 비용의 많은 부분을 배터리가 차지할 정도로 전동차 등 대규모 에너지를 필요로 하는 업계에서는 리티움이온전지의 비용에 특히 민감하다. 배터리 구조에서 음극재료는 용량, 에너지 및 효률에 영향을 미치며 배터리의 성능, 수명 및 가격에 중요한 역할을 놀고 있다.

연구일군들은 2019년부터 염화물 기반 고체 전해질과 기존 상업용 산화물 기반 음극을 사용해 고체 전지를 제조한 결과 음극과 전해질 소재가 호환되지 않는다는 사실을 립증했다. 이들은 염화물 기반 음극이 염화물 전해질과 더 잘 일치되며 더 나은 배터리 성능을 제공할 수 있다는 것을 발견했으며 그중 염화철의 결정구조가 리티움이온을 저장하고 운송하는 데 더 적합하다는 것을 료해했다.

현재 전동차에 가장 많이 사용되는 음극은 산화물로서 대량의 비싼 니켈과 코발트가 필요하며 이러한 중원소는 독성이 있어 환경에 도전이 되기도 한다. 하지만 이에 비해 새로 개발된 음극은 철과 염소만 함유하고 있고 이 두가지 원소는 철과 소금에서 흔히 볼 수 있으며 매장량이 풍부하고 가격이 저렴하다.

초보적인 테스트에서 염화철은 가격이 훨씬 높은 다른 음극재료와 마찬가지로 성능이 좋았으며 심지어 더욱 우수했다. 지금까지 4가지 류형의 음극만이 리티움이온전지에 상업화되여 성공적으로 응용되고 있다. 이번에 새로 개발된 음극은 5번째로서 배터리기술의 큰 진보인 전고체 리티움이온전지의 시대가 도래했음을 의미한다. 연구일군들은 앞으로 5년 안에 전동차에 상업화 응용이 가능할 것으로 내다봤다.

/과기넷