[M오토데일리 박상우 기자] 1회 충전으로 1천km를 주행할 수 있는 배터리가 나올까?

최근 토요타자동차와 일본 교토대학교는 리튬이온배터리보다 작고 가벼운 패키지에 훨씬 더 많은 에너지를 주입할 수 있는 차세대 배터리 기술을 개발하고 있다.

연구진이 개발하고 있는 배터리는 불소이온배터리(FIB)로, 불소 이온 전도 전해질을 통해 불소 이온을 전극에서 다른 전극으로 차단해 전기를 발생시킨다. 불소, 구리, 코발트로 구성된 양극 또는 음전하 전극과 주로 란타넘으로 만들어진 음극 또는 양전하 전극을 사용한다.

연구진은 이 배터리의 이론적 에너지 밀도가 높아 1회 충전 시 주행가능거리가 현재의 리튬이온배터리보다 최대 7배 더 길다는 것을 확인했다.

리튬 이온 배터리의 성능 향상과 제동으로 생성된 에너지를 배터리에 재충전하는 감속 에너지 회수 시스템으로 전기차의 1회 충전 시 주행거리가 수년에 걸쳐 크게 증가했다. 실례로 테슬라 차량의 경우 이상적인 조건에서 1회 완충 시 최대 600km까지 주행할 수 있다.

그러나 전문가들은 리튬이온배터리의 에너지 밀도에 이론적인 한계가 있어 주행가능거리를 더 확장할 수 없다고 분석하고 있다.

토요타와 교토대 연구진은 리튬이온배터리와 같은 성능을 가졌지만 작고 가벼우면서 이론적으로 에너지 밀도가 높은 FIB를 주목, 개발에 착수했다. 특히 리튬이온배터리에 일반적으로 사용되는 액체 대신 고체 전해질을 적용했다.

그 결과 연구진은 고체 전해질이 적용된 FIB가 1회 충전으로 1천km를 달릴 수 있는 전기차를 만드는 열쇠가 될 것으로 보고 있다.

다만 FIB가 고온에서만 작동하는 문제를 해결해야 한다. 불소 이온은 고체 전해질이 충분히 가열됐을 때 유용하게 전도성이 발생하는데 이는 실용적이지 못한데다 높은 온도로 인해 전극이 팽창할 수 있다.

또 어떤 이온을 사용해야 하는지, 어떤 화학 물질로 전극과 전해질을 구성해야하는지 등 최적의 원소조합을 찾아야 한다. 이는 배터리 성능을 결정하는데 중요하기 때문이다.

이 때문에 전문가들은 FIB가 2030년대에 상용화될 것으로 보고 있다. 실례로 리튬이온배터리의 시제품이 지난 1985년에 개발됐으나 1991년까지 상용화되지 않았다.