2차전지용 새 '음극재' 개발..전기 배터리 효율 극대화
2차전지용 새 '음극재' 개발..전기 배터리 효율 극대화
  • 이재형 기자
  • 승인 2019.11.14 11:53
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실리콘 나노튜브에 탄소층 코팅
실리콘 함량 42%로 기존 제품 3배
(사진 삼성전자 제공) 2019.11.14/그린포스트코리아
리튬 이온 배터리의 모습.(사진 삼성전자 제공) 2019.11.14/그린포스트코리아

[그린포스트코리아 이재형 기자] 국내 연구진이 대용량에너지저장장치(ESS)나 전기자동차에 사용되는 고용량 2차전지의 핵심 소재인 '음극재'의 효율을 대폭 높이는 기술을 새로 개발했다.

 

이현욱‧류정기 교수 연구팀(UNIST)이 차세대 리튬이온전지의 음극재로 주로 쓰이는 ‘실리콘’의 단점을 보완한 복합 음극재 제조기술을 개발했다고 한국연구재단이 14일 밝혔다. 음극재는 2차 전지 충전 시 전지의 양극에서 나오는 리튬이온을 음극으로 받아들일 때 쓰는 소재다.

음극재에 가장 많이 쓰이던 흑연은 부피당 용량이 적어 용량이 적고, 대체재인 실리콘은 에너지 밀도는 높으나 전기전도도가 낮고 쓸수록 성능이 떨어져 문제였다.  

연구팀은 점토광물을 가공해 만든 실리콘 나노튜브에 탄소층을 코팅한 뒤 흑연과 복합화한 ‘실리콘-흑연 복합체 전극’을 새로 제작했다. 이 전극은 에너지 밀도를 높이기 위해 실리콘 나노튜브 내부에 빈 공간을 만들어 실리콘의 함량을 기존 전극들의 공통수준인 14%에서 42%까지 대폭 높였다.

튜브에는 희귀금속 등이 아닌 점토광물을 원재료로 사용해 제작비용도 크게 낮췄으며 표면을 탄소로 코팅해 반복되는 충방전 실험에서도 우수한 안정성을 확보할 수 있었다고 연구진은 밝혔다. 

이현욱 UNIST 교수는 “높은 에너지 밀도를 가지는 배터리 디자인에는 부피당 에너지 용량이 중요한 요소”라며 “실리콘 나노 튜브를 적용해 부피당 에너지 저장 용량이 큰 고밀도의 실리콘-흑연 복합체를 개발할 수 있었다”라고 설명했다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 신진연구자사업과 기후변화대응기술개발사업 등의 지원으로 수행된 이번 연구성과는 국제학술지 ‘나노 레터스(Nano Letters)’에 11월 1일자로 게재됐다.

silentrock91@greenpost.kr


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