UNIST 조재필 교수팀, 알루미늄-공기 전지 개발...가솔린 엔진보다 효율 높아

많은 자동차 업체들은 지구온난화를 유발시키는 각종 오염물질의 배출원이자 미세먼지 유발 원인으로 지적받고 있는 내연기관 자동차 대신 배터리로 움직이는 전기차 개발에 관심을 기울이고 있다. 현재 상용화된 전기차들은 배터리 충전시간이 길고 연료 효율이 내연기관차보다 떨어진다는 단점이 있다.

국내 연구진이 가솔린 엔진보다 효율이 우수한 전기자동차 배터리를 개발해 주목받고 있다. 현재와 같은 충전식이 아니라 교환방식이라 배터리 무게를 줄이면서 에너지는 더 많이 담고 지금보다 연비도 높일 수 있어 상용화 가능성도 높을 것으로 예상된다.

울산과학기술원(UNIST) 에너지및화학공학부 조재필 교수팀은 현재 전기자동차에 널리 사용되는 리튬이온배터리보다 오래 쓰면서도 효율이 높고 폭발되지 않는 알루미늄-공기 흐름 전지 기술을 개발하고 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 13일자에 발표했다.

이번에 개발된 알루미늄-공기 흐름 전지는 금속을 공기와 반응시켜 전기를 얻는 원리로 현재 사용되는 리튬이온 배터리처럼 충전해 사용하는 2차 전지가 아니라 건전지처럼 방전만 되는 1차 전지이다. 전기차에 적용할 경우 알루미늄 금속만 교체해 전기를 공급 받을 수 있게된다.

리튬이온 배터리보다 에너지 밀도가 커서 차세대 배터리로 주목받고 있으며 알루미늄 자체는 구하기 쉽고 가볍고 가격도 저렴하다는 장점을 갖고 있다. 같은 부피라고 할 경우 알루미늄이 리튬보다 4배 이상의 용량을 갖고 있기 때문에 전기차 배터리로 사용하기 적절하다.

또 연구팀에 따르면 가솔린의 이론적 에너지 밀도는 1㎏당 1만 3000Wh(와트시)이지만 엔진을 작동시키는 과정에서 발생하는 여러가지 에너지 손실 때문에 실제 에너지 밀도는 1700Wh로 줄어든다.반면 알루미늄-공기 흐름 전지는 알루미늄 1㎏당 2541Wh의 에너지 밀도를 보인다. 이정도의 에너지 밀도는 한 번 교체로 700㎞를 움직일 수 있는 전기차 배터리를 만들 수 있다고 연구진은 소개했다.

알루미늄-공기 전지는 작동 과정에서 알루미늄 부산물이 쌓여 성능이 떨어지는 문제가 발생하는데 연구팀은 전해액을 흐르도록 해 알루미늄 부산물이 쌓이는 것을 막아 효율을 일정하게 유지하도록 하는데도 성공했다.

조재필 교수는 “알루미늄은 산업적으로도 가장 널리 사용되는 금속이기 때문에 소재 수급에 따른 전지 가격 문제에서 자유로울 수 있고 전기차에서 가벼운 알루미늄 금속을 교체하는 방식으로 에너지를 얻을 수 있기 때문에 긴 충전시간이라는 기존 전기차의 단점도 보완할 수 있을 것”이라고 설명했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr