미 에너지국의 아르곤 국립 연구소(Argonne National Laboratory)의 연구진은 전기 자동차용 리튬 이온 배터리의 충전 속도를 높일 수 있는 새로운 메커니즘을 개발했다. 음극에 강한 광선(예를 들어, 크세논 램프의 백색광)을 비추면 배터리 충전 시간을 2배 이상 현저히 감소시킬 수 있다는 것을 발견했다. 이 기술이 상용화되면 전기 자동차에 새로운 혁신을 불러올 수 있을 것이다.

전기 자동차의 소유자는 충전 수준이 낮거나 충전소의 위치가 너무 멀 경우에 불안감을 가진다. 전기 자동차가 대세로 작용하기 위해서는 빠른 충전이 매우 중요하다. 현재, 전기 자동차를 완전하게 충전하는데 약 8 시간 정도 걸린다.

배터리에 훨씬 더 높은 전류를 공급함으로써 전기 자동차를 초고속으로 충전할 수 있는 충전소도 현재 존재한다. 그러나 너무 짧은 시간 동안에 너무 많은 전류를 전달하면 배터리 성능이 저하된다.

일반적으로 차량용 리튬 이온 배터리는 전기 화학 반응을 통해서 천천히 충전된다. 이번 연구는 높은 전류 투입으로 인한 전극 손상을 방지하면서 전하 반응을 크게 단축시키는 목적으로 진행되었다.

오늘날의 리튬 이온 배터리는 어두운 상태로 작동된다. 즉, 전극은 어두운 케이스 속에 들어 있다. 이번 연구에서는 투명한 용기에 전극을 넣고, 광 보조 기술을 사용해서 충전 중에 강한 빛을 배터리 전극에 비추었다.

음극에 백색광을 비추었을 때와 그렇지 않을 때의 전지 상태를 조사했다. 충전 중에 백색광을 음극 물질에 비추면 유리한 상호 작용이 발생했다.

이런 유리한 반응의 핵심은 빛과 상호 작용하는 것으로 알려진 반도체 물질인 LMO(LiMn2O4)와 빛의 상호작용 때문이다. 충전하는 동안에, LMO의 망간 원소는 3가에서 4가(Mn3+에서 Mn4+)로 변화된다. 리튬 이온은 광자 여기 프로세스 없이 음극으로부터 더 빨리 방출된다. 이것은 배터리 반응을 더 빠르게 한다. 반응이 더 빠르기 때문에 배터리 수명 저하 없이 충전 속도를 더 빠르게 할 수 있었다. 이번 연구에서는 조명을 켠 상태에서 충전을 하면 충전 시간이 2배 감소된다는 것을 알게 되었다.

이 연구는 리튬 이온 배터리에서 전극 반응을 이해하는데 중요한 영향을 끼칠 것이다. 또한 이것은 빛과 배터리 기술을 통합시킨 최초의 연구이고, 배터리의 충전 속도를 감소시키는데 새로운 혁신을 불러올 수 있을 것이다. 향후 연구는 15 분 내에 전기 자동차를 충전시킬 수 있는 기술을 개발하는 것이 될 것이다.