지난 3월 열린 '인터배터리 2024'에서 삼성SDI는 업계 최초로 9분 만에 8%에서 80%까지 배터리 셀 충전이 가능한 초급속 충전 기술을 발표했다. 전기자동차 시장에서 자동차 가격과 더불어 충전 속도가 중요한 경쟁 요소이기 때문이다.

내연기관 자동차의 주유 시간은 5분 내외이다. 하지만 전기자동차의 충전 속도는 완속으로 충전할 경우 8시간이상 걸리기도 하고, 급속으로도 20분에 80% 충전이 가능한 수준이다. 전기자동차가 내연기관 자동차와 동등한 수준의 충전 시간을 확보할 수 있다면, 전기자동차 선택을 망설이고 있는 소비자들의 마음을 단번에 사로잡을 것이다.

[리튬이온 배터리는 충방전을 통해 재사용이 가능. 충전은 양극의 리륨 이온과 전자가 음극으로 이동하는 것이며, 방전은 음극으로 이동한 리튬 이온과 전자가 다시 양극으로 이동하는 과정. 급속 충전 기술은 기존의 충전 방식 대비 짧은 시간 안에 많은 양의 리튬이온이 이동.]

급속 충전은 규격 전류 이상의 큰 전류를 흘려 기존의 충전 방식 대비 단시간에 충전하는 방식을 의미한다. 리튬이온 배터리는 리튬이온이 양극에서 음극으로 이동하면서 충전이 되는데, 급속 충전 기술은 짧은 시간 안에 많은 양의 리튬이온이 이동하게 한다. 즉, 급속 충전 기술은 양극에서 음극으로 리튬이온이 이동하는 시간과 거리를 어떻게 단축할 것인가에 초점이 맞춰져 있다. 

리튬 이온의 이동 시간과 거리를 단축하기 위해서는 배터리 셀 내부 저항을 감소시키는 것이 중요하다. 배터리 셀 내부에 저항이 높다면 리튬 이온이 이동하는 것을 방해하여 급속 충전 시 오히려 충전량을 감소시키고, 배터리 수명을 단축시키는 등 부작용이 발생한다. 

삼성SDI는 리튬이온의 이동 시간과 거리를 줄여 급속 충전이 가능한 배터리 셀을 구현하기 위해 저저항 소재, 극판 구조 기술을 확보하고 있다. 

저저항 소재로는 리튬 이온의 삽입, 탈리*가 빠르게 이루어지는 음극 활물질과 고용량 실리콘 음극 소재, 극판 소재 등을 개발하고 있다. 

* 음극 활물질의 리튬 이온 삽입, 탈리 : 충전 시 양극활물질에서 나온 리튬 이온이 음극 활물질의 층상 구조 사이로 삽입되며, 방전 시 반대로 음극 활물질의 층상구조에서 탈리된 리튬 이온이 양극 활물질로 들어가는 것을 의미합니다.

극판 구조 기술은 리튬이온이 이동할 때 이동 경로를 최적화하는 것이다. 예를 들어 사람이 가득 찬 야외 콘서트장에서 한 쪽은 사람들이 무질서하게 서 있고, 다른 쪽은 질서 있게 열을 맞춰 서 있다면, 맨 뒤에서 한 사람이 무대 앞으로 이동할 때 어느 쪽이 더 빠를까? 당연히 질서 있게 서 있는 곳이다. 콘서트장을 배터리, 무대 앞으로 가는 사람을 리튬 이온이라고 가정한다면 극판 구조 기술은 서 있는 사람들을 질서 정연하게 만들어 주어 빠르게 이동할 수 있는 통로를 만들어 주는 것이다. 

[급속 충전 기술은 리튬 이온의 이동 시간과 거리를 줄여주는 기술이며, 

리튬 이온이 이동할 때 최적화된 경로를 만들어 주는 극판 구조 기술도 급속 충전 기술의 하나]

삼성SDI는 초급속 충전 기술을 2026년까지 배터리에 적용할 계획이다. 이 기술이 상용화되면 5분 안에 300km를 갈 수 있는 전기를 전기자동차에 충전할 수 있게 된다. 

* 일반적인 운전자(약 99.6%)는 하루 300km 이내로 운전