전기차 주행 거리를 넓히는 실리콘 기술

한 번 충전으로 1,000킬로미터를 달릴 수 있는 획기적인 기술 개발

 

 

전기(EV)로의 전환은 중요한 발걸음이지만, 이 기술이 널리 보급되기 위해서는 여러 가지 장애물을 극복해야 합니다. 그 중에서도 가장 큰 도전 중 하나는 바로 전기차의 주행 가능 거리, 즉 한 번의 충전으로 얼마나 멀리 갈 수 있는지에 대한 문제입니다. 이 문제를 해결하기 위한 해답 중 하나로 '실리콘'이 주목받고 있습니다.

 

실리콘의 가능성

 

실리콘은 지구상에서 흔히 발견되는 원소로, 배터리 기술에 있어서 매력적인 재료로 여겨지고 있습니다. 특히 실리콘은 전기를 잘 저장할 수 있어 배터리의 에너지 밀도를 높일 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 하지만 실리콘을 배터리에 사용할 때 큰 문제가 하나 있습니다. 바로 충전 과정에서 실리콘의 부피가 크게 팽창한다는 점입니다. 실리콘은 충전 시 원래 크기의 세 배까지 커질 수 있으며, 충전이 끝난 후에는 다시 줄어듭니다. 이러한 팽창과 축소는 배터리의 안정성과 수명에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해 연구자들은 실리콘을 매우 작은 나노 입자 형태로 배터리에 도입했습니다. 나노 입자는 실리콘의 팽창 문제를 어느 정도 완화할 수 있으나, 이러한 나노 입자를 만드는 과정은 복잡하고 비용이 많이 들어 이 방법이 상업적으로 널리 적용되기는 어려웠습니다.

 

기차 주행 거리 확장을 향한 포항공과대학교 연구팀의 성과

 

이러한 상황에서 한국의 포항공과대학교 연구팀은 새로운 방식을 제시했습니다. 그들은 실리콘 입자를 나노 크기가 아닌 마이크로 크기로 제작하기로 결정했습니다. 마이크로 크기의 실리콘 입자는 생산하기 쉽고 비용도 저렴할 뿐만 아니라 높은 에너지 밀도를 제공합니다. 마이크로 크기에서도 여전히 팽창 문제는 남아 있지만, 연구팀은 이 문제를 독창적으로 해결하는 방법을 찾아냈습니다. 연구팀은 실리콘 입자가 충전 과정에서 팽창하더라도 안정적으로 작동할 수 있도록 특수한 젤 폴리머 전해질을 사용했습니다. 이 젤은 실리콘 입자의 크기 변화에 따라 유연하게 변형될 수 있습니다. 하지만 실리콘 입자와 젤을 단순히 섞는 것만으로는 충분하지 않았습니다. 두 요소를 화학적 수준에서 결합시키기 위해, 연구팀은 전자빔을 사용하여 젤과 마이크로 실리콘 입자 사이에 강력한 공유 결합을 형성했습니다. 이 과정은 실리콘의 팽창 문제를 해결하면서도 배터리의 안정성과 수명을 크게 향상시켰습니다. 이렇게 개발된 새로운 실리콘 기반 배터리는 기존 리튬이온 배터리와 비교할 때 더 높은 에너지 밀도를 제공하며, 연구팀에 따르면 에너지 밀도에서 약 40%의 개선을 이루었습니다. 이는 전기차의 주행 가능 거리를 현저히 늘릴 수 있는 가능성을 의미합니다. 연구팀은 이러한 실리콘 기반 배터리의 제조 과정이 단순하고 비용 효율적이어서 상업적으로 즉시 적용될 준비가 되어 있다고 말합니다. 이 기술이 실제로 대규모 배터리 시스템에서 어떤 성능을 보일지, 전기차의 주행 가능 거리와 전반적인 성능에 어떤 영향을 미칠지는 향후 연구와 실험을 통해 더 명확히 밝혀질 것입니다.

 

 

VIA : iflscience