알루미늄-공기 흐름 전지가 작동해서 전기를 발생시킨 모습.(사진=UNIST 제공)
휘발유 엔진보다 에너지 효율이 높은 전기차 배터리 기술이 나와 눈길을 끌고 있다.
UNIST(울산과학기술원, 총장 정무영) 에너지 및 화학공학부 조재필 교수팀은 휘발유 자동차보다 효율적인 전기차 배터리 시스템을 개발했다고 13일 밝혔다.
이른 바, 리튬 이온 배터리 보다 오래 쓰면서 폭발하지 않는 '알루미늄-공기 흐름 전지' 기술.
알루미늄-공기 흐름 전지는 충전해 사용하는 이차전지가 아니라 방전만 되는 일차전지다.
전기차에 적용하면 알루미늄 금속만 교체해 전기를 공급받게 된다.
같은 무게의 휘발유와 알루미늄의 실질적 에너지 밀도를 따지면 알루미늄이 월등하다.
휘발유(가솔린)의 이론적인 에너지 밀도는 1kg 당 1만3000Wh로 높다.
문제는 엔진을 구동시키는 과정에서 에너지 손실이 크기 때문에 실제 에너지 밀도는 1700Wh로 줄어든다는 것.
반면, 알루미늄-공기 흐름 전지에 사용되는 알루미늄 금속은 1kg 당 2541Wh의 에너지 밀도를 구현할 수 있다는 거다.
UNIST 에너지 및 화학공학부 조재필 교수.(사진=UNIST 제공)
조재필 교수는 "알루미늄-공기 흐름 전지에 적용한 알루미늄의 에너지 밀도는 1kg 당 2500Wh가 된다"고 말했다.
이어 "이 정도 에너지 밀도라면 한 번 교체에 700km를 달리는 전기차 배터리를 만들 수 있다"고 했다.
하지만 기존 '알루미늄-공기 전지'는 작동 과정에서 알루미늄 부산물이 쌓여 쉽게 성능이 떨어진다는 단점이 있다.
조 교수팀은 이를 전해액 흐름 이라는 방식으로 해결한 알루미늄-공기 흐름 전지를 개발했다.
전지에 펌프를 도입해 전해액이 흐르게 만들자 부산물이 쌓이지 않아 성능이 유지된다.
알루미늄-공기 전지의 전해액에서는 화학반응이 일어나고 반응 결과물도 나온다.
전해액이 흐르지 않은 기존 형태에서는 알루미늄 부산물이 전극에 쌓이지만 알루미늄-공기 흐름 전지에서는 펌프질이 계속돼 전해액이 흐르면서 알루미늄 부산물의 침전을 막게 된다는 거다.
조 교수는 "알루미늄은 산업적으로 가장 많이 쓰는 금속이라 소재 수급에 따른 전지 가격 문제에서 자유롭다"며 "전기차에 가벼운 알루미늄 금속을 교체하는 방식으로 쓸 수 있을 것"이라고 기대했다.
이번 연구는 세계적 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)' 13일자에 게재됐다.