KAIST, 구조배터리 혁신으로 전기차 무게 문제 해결 기대

한국과학기술원(KAIST) 연구진이 개발한 구조배터리 소재 연구 결과가 국제 학술지 'ACS 어플라이드 머티리얼즈 앤드 인터페이시스'의 표지 논문으로 선정되었다. 연구진은 전기차의 무게 문제를 해결하기 위한 배터리 기술인 구조배터리의 성능을 개선하는 데 성공했다고 19일 발표했다.

구조배터리는 주로 친환경차와 항공기와 같은 대형 장비에서 하중을 지지하는 골격 역할을 하는 차세대 배터리 기술이다. 기존 전기차에 사용되는 배터리는 무게를 차지하지만 하중을 지지하는 기능이 없으나, 구조배터리는 차체의 무게를 견뎌주는 역할을 동시에 수행할 수 있다. 이를 통해 공간 활용도가 높아지고 무게 절감 효과를 기대할 수 있다.

기존 배터리 소재는 무거운 하중을 견디지 못하기 때문에 구조배터리 개발을 위해서는 새로운 소재 개발이 필요하다. 초기 형태의 구조배터리는 기존 리튬이온 배터리를 쌓아서 제작되었으나 안정성을 높이는 데 한계가 있었다.

KAIST 연구진은 '고밀도 다기능 탄소섬유 복합재료'를 활용하여 구조배터리를 성공적으로 구현했다. 이들은 기계적 강도가 높은 에폭시 수지와 이온성 액체 및 탄산염 전해질을 포함한 고체 고분자 소재를 개발하여 에너지 저장 능력과 하중 지지 강도를 동시에 만족시켰다.

개발된 구조배터리는 섬유 부피 분율(FVF)을 기존 배터리 대비 1.6배 이상 향상시켰다. 탄소섬유는 기계적 강도를 높이는 동시에 배터리 전극 역할도 수행한다. 이 비율을 높일수록 기계적 강도는 증가하지만 전해질의 양은 줄어드는 단점이 있다. 김성수 교수는 이번 기술로 두 마리 토끼를 잡았다고 설명했다.

또한 그는 고체 고분자 전해질을 구조배터리의 핵심 소재로 사용하는 혁신적인 개념을 제시했다며, 자동차, 드론, 항공기, 로봇 등 다양한 분야에서 활용될 차세대 배터리 기술의 기반이 될 것으로 기대한다고 밝혔다. 연구 결과는 9월 10일에 발표되었다.

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