중국 연구진이 영하 40도 환경에서도 비교적 높은 출력을 유지할 수 있는 금속 리튬 1차전지를 개발했다고 중국 관영 과기일보가 전했다. 연구팀은 저온에서 성능이 떨어지기 쉬운 기존 전지의 한계를 줄이는 데 초점을 맞췄으며, 드론·로봇·우주 장비처럼 순간적인 전력이 필요한 분야를 주요 활용처로 제시했다.
보도에 따르면 중국과학원 다롄화학물리연구소 연구팀은 25암페어시(Ah)급 소프트팩 금속 리튬 1차전지를 개발했다. 제3자 검증 결과 저방전율 조건에서 질량당 에너지 밀도는 750와트시(Wh) 이상, 부피당 에너지 밀도는 1천285Wh/L 이상으로 나타났다. 이는 한정된 무게와 부피 안에 더 많은 전기를 담아야 하는 특수 장비에 의미 있는 수치다.
저온 성능과 순간 출력에 초점
전지는 방전율을 1C까지 높일 수 있고, 짧은 시간에는 10C 대전류 방전도 가능하다고 연구진은 설명했다. 1C는 완전히 충전된 전지가 약 한 시간에 방전을 마치는 수준을 뜻한다. 상온 비출력은 4천487W/kg으로 제시됐다. 특히 영하 40도에서도 1C 조건의 에너지 밀도가 447Wh/kg을 유지했다는 점이 이번 성과의 핵심으로 꼽힌다.
낮은 온도에서는 전해질 이동과 전극 반응이 둔해져 배터리 출력이 감소하기 쉽다. 따라서 극지, 고고도, 우주, 겨울철 야외 현장처럼 온도 관리가 어려운 환경에서는 전원 성능이 장비 운용의 제약이 될 수 있다. 연구진은 연간 자체 방전율도 1% 미만이라고 밝혀 장기간 대기해야 하는 장비의 전원으로 활용할 가능성을 언급했다.
이번 기술은 충전해서 반복 사용하는 이차전지와 달리 일회성 사용을 전제로 하는 1차전지 분야에 속한다. 때문에 전기차나 스마트폰에 곧바로 적용될 기술로 해석하기보다는, 긴 보관성과 높은 순간 출력이 동시에 요구되는 특수 목적 장비를 중심으로 평가할 필요가 있다.
드론·로봇·우주 장비 검증 단계
보도는 드론의 급제동, 험지 로봇의 장애물 통과, 우주선 자세 조정 등을 고출력 수요 사례로 들었다. 이런 장비는 짧은 시간에 큰 전력을 내야 하지만 무게를 크게 늘리기도 어렵다. 낮은 온도에서도 에너지와 출력을 유지하는 전지는 장비 설계의 선택지를 넓힐 수 있다.
연구팀은 양극 소재에서 고엔트로피 산화물을 설계해 비용량을 높였다고 설명했다. 또 연간 10t 규모의 시험 생산 라인을 구축해 원자재부터 배터리셀까지의 공정을 갖췄다고 밝혔다. 다만 실험실 성능이 실제 현장 장비의 안정성, 비용, 대량 생산성으로 이어지는지는 추가 검증이 필요하다.
현재 이 전지는 드론, 로봇, 우주 시뮬레이터, 야외 센서용 검증을 진행 중인 것으로 전해졌다. 향후 실증 결과는 저온 환경용 전원 시장에서 이 기술의 경쟁력을 가늠하는 기준이 될 전망이다. 극한 환경에서의 성능뿐 아니라 안전성, 소재 공급망, 사용 후 처리까지 함께 확인돼야 상용화 가능성을 더 정확히 판단할 수 있다.
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