휴대용 기기 ‘절반 크기’로 줄일 수 있는 배터리 개발
휴대용 기기 ‘절반 크기’로 줄일 수 있는 배터리 개발
  • 김동수 기자
  • 승인 2020.03.12 17:32
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셀레늄-카본 전극 활물질에 전기화학적 고분자 표면 처리법으로 고전도성 보호막을 형성하는 과정 모식도. (광주과학기술원 제공)/그린포스트코리아
셀레늄-카본 전극 활물질에 전기화학적 고분자 표면 처리법으로 고전도성 보호막을 형성하는 과정 모식도. (광주과학기술원 제공)/그린포스트코리아

[그린포스트코리아 김동수 기자] 기존 저장 용량은 유지하면서 2배 이상 소형화할 수 있는 새로운 리튬이온 기반 고용량 배터리가 국내 연구진에 의해 개발됐다.

광주과학기술원(이하 지스트)은 신소재공학부 엄광섭 교수팀과 홍익대 정재한 교수, 경희대 이정태 교수 등 공동 연구팀의 연구결과를 12일 발표했다.

해당 연구를 통해 개발된 리튬-셀레늄 배터리는 전기 저장용량 대비 2배 이상 소형화가 가능하다. 휴대용 전자기기에 사용 시 전자제품에서 배터리가 차지하는 공간이 크게 줄어들 것으로 기대된다.

현재 상용 리튬-이온 배터리의 전극 재료는 그라파이트(음극)와 리튬금속산화물(양극)이 사용된다. 두 재료 모두 에너지 저장 용량이 상대적으로 낮으며 현재 배터리 셀 제조 기술로는 이론 용량에 거의 도달한 상황이다.

연구팀은 셀레늄을 리튬 배터리의 양극 재료로, 리튬 금속을 음극 재료로 사용하는 리튬-셀레늄 배터리를 이용해 현재의 리튬이온 배터리 대비 부피당 저장 용량을 약 2배 향상시켰다. 

특히, 리튬-셀레늄 배터리는 셀레늄의 안정성이 낮아 급격하게 배터리 수명이 감소하는 현상이 있었다. 이러한 원인이 리튬-셀레늄 배터리의 상용화의 큰 걸림돌이었다. 상황이 이렇다 보니 연구팀은 본 배터리의 용량을 유지하고 안정성, 즉 수명을 향상시키는 방법에 집중했다. 

이번 연구의 핵심은 ‘전기화학적 고분자 표면처리법(in batteria electrochemical polymerization)’이다. 배터리 셀을 조립할 때 전해질에 전도성고분자(폴리아닐린)의 단량체인 아닐린을 소량 첨가, 전기화학적으로 전류를 가해 전극 활성 물질 표면에 중합시키는 방법이다.

나아가 전기화학적 고분자 표면처리법을 통해서 셀레늄 양극을 전도성 고분자인 폴리아닐린(polyaniline)으로 보호막(protective conducting layer)을 형성해 고용량·고안정성 리튬-셀레늄 배터리를 안정화하는 데 성공했다. 특히, 이는 높은 부피용량을 가질 뿐만 아니라 처리 이전의 전극 물질과 비교해 보았을 때 약 3배 이상의 용량 유지율을 보였다(200회 충/방전 기준).

엄광섭 교수는 “이번 연구성과는 기존의 리튬-셀레늄 배터리에 비하여 매우 용이한 전기화학적 고분자 표면처리법을 통해 새로운 고용량·고안전성의 리튬-셀레늄 배터리를 도입시켰다는데 가장 큰 의의가 있다”며 “향후 추가적인 연구 개발을 통해 다른 차세대 고용량 이차전지(리튬-황전지 등)에서도 적용 가능할 것을 기대한다”고 말했다. 

한편, 이번 연구성과는 세계적인 학술지인 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)'에 5일 자로 온라인 게재됐다. 

kds0327@greenpost.kr



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