토요타 "전기차 리튬이온 배터리 항속거리·수명 향상"

리튬이온 배터리 내 리튬이온 관찰방법 세계 최초 개발

토요타자동차는 전기자동차(EV) 항속 거리와 배터리 성능 향상 등에 기여할 수 있는 리튬이온배터리의 '관찰방법'을 세계 최초로 개발했다고 1일 밝혔다.

미래 친환경차의 핵심 부품인 리튬이온전지는 금속산화물의 양극과 탄소재료의 음극 사이에 유기 전해액을 넣어 충전과 방전을 반복하는 원리의 전지다. 충전시는 양극에서 음극으로, 방전시는 음극에서 양극으로 리튬이온이 전해액 안을 이동함에 따라 전류가 흘러 충·방전시에 전해액 내 리튬이온은 중요한 역할을 담당한다.

플러그인하이브리드(PHV)나 전기차에 탑재되는 리튬이온전지는 리튬이온이 양극과 음극을 오가며 전기를 일으키는데, 이때 발생할 수 있는 리튬이온의 편향은 배터리의 성능 저하 원인 중 하나다.

토요타가 새롭게 개발한 리튬이온 배터리 내 리튬이온 관찰방법(사진=토요타)

토요타 관계자는 "배터리 충·방전 시 전해액 내의 리튬이온의 움직임을 가시화해 실시간으로 관찰하는 방법을 개발했다"면서 "탑재 차량의 항속 거리와 배터리 수명 연장에 도움을 주는 배터리 성능·내구성을 향상시킬 수 있는 연구개발 지침을 얻었다"고 말했다.

지금까지 충전과 방전의 결과로써 전극과 전해질 안에서 리튬이온의 편향이 발생하고, 이런 편향이 전지의 사용 영역 제한 즉, 배터리가 가진 최대한의 성능을 감소시키는 요소 중 하나로 알려져 왔다. 그러나 기존의 방법을 통해서는 실제 사용과 동일한 환경에서 이러한 전해질 안의 리튬이온의 움직임을 확인하는 것이 불가능했다.

하지만 토요타의 개발한 관찰 방법으로 실제로 배터리가 사용되는 환경과 조건 하에서 배터리의 충·방전 과정 중 전해질 안에서 일어나는 리튬이온 편차의 과정을 실시간으로 관찰하는 것이 가능해졌다. 이 관찰 방법은 토요타중앙연구소, 일본자동차부품종합연구소 및 4개 대학이 공동으로 개발했다.

향후 토요타는 배터리 제어 안에서의 차이뿐 아니라 양음극, 격리판, 전해질의 재료·구조 안에서의 차이로 인해 발생하는 리튬이온의 움직임을 관찰할 계획이다. 이를 통해 배터리 성능을 저하시키는 메커니즘을 해석함으로써 탑재 차량의 항속 거리와 배터리 수명 연장에 도움을 주는 배터리의 성능·내구성을 향상시킬 수 있는 연구개발로 연결해 나간다는 방침이다.