극저온·순간 고출력 잡은 중국산 리튬 1차전지

중국과학원 다롄화학물리연구소 에너지촉매전환전국중점실험실의 천중웨이 주임 연구팀이 극한의 추위에서도 높은 출력을 유지하는 25암페어시(Ah)급 소프트팩 금속 리튬 1차전지를 개발했다. 이 전지는 영하 40도 환경에서 1C 방전 시 에너지 밀도 447Wh/㎏을 유지했으며, 연간 자체 방전율은 1% 미만으로 측정됐다.

중국전자기술표준화연구원 안전실험실의 검증에서는 낮은 방전율 조건에서 에너지 밀도가 750Wh/㎏과 1천285Wh/L를 각각 넘어 고에너지 밀도 1차전지 구간에 포함됐다. 방전율은 기존 조건보다 100배 높은 1C까지 올라갔다. 1C는 완전히 충전된 배터리가 1시간 만에 방전을 마치는 수준을 뜻한다. 단시간에는 10C 대전류 방전이 가능했고, 상온 비출력은 4천487W/㎏에 달했다.

기존 리튬 1차전지는 짧은 시간에 폭발적인 출력을 요구하는 특수 상황에서 한계를 보여왔다. 난기류를 만난 드론의 급제동, 험준한 지형에서 장애물을 넘어야 하는 로봇의 순간 구동, 수초 동안 대전류가 필요한 우주선 자세 조정 등이 대표적이다. 연구팀은 양극 소재 단계부터 구조를 새로 설계해 단위 질량당 용량이 430mAh/g을 넘는 고엔트로피 산화물을 구현했다.

연구팀은 연간 10t 규모의 시험 생산 라인을 마련하고 원자재에서 배터리셀까지 이어지는 전체 생산 체인도 구축했다. 개발된 전지는 제3자 검사와 인증을 통과한 상태다. 현재 드론과 로봇, 우주 시뮬레이터, 야외 센서 등 특수 장비에 적용하기 위한 검증이 진행되고 있어, 극저온과 순간 고출력을 동시에 요구하는 장비에서 실제 활용 가능성을 확인하는 단계에 들어갔다.