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다공성 금속구조체 전극으로 리튬전지 용량 2배 향상

강원대 조용훈 교수 "리튬전지 대용량화…전기자동차 대중화 기여 기대"

(대전=연합뉴스) 이주영 기자 = 국내 연구진이 다공성 금속 구조체에 전극소재를 코팅한 일체형 전극으로 리튬이차전지의 충전용량을 2배 이상 높이는 데 성공했다.

강원대 에너지공학부 조용훈 교수팀은 16일 물에 구리 가루를 분산시킨 뒤 얼렸다가 얼음만 제거해 다공성 구리 구조체를 얻는 '프리즈 캐스팅' 법으로 리튬이차전지의 충전용량을 2배 이상 높일 수 있는 고용량 전극 소재를 개발했다고 밝혔다.

다공성 금속구조체 전극으로 리튬전지 용량 2배 향상 - 2

휴대전화에서 노트북, 전기자동차까지 널리 사용되는 리튬이차전지는 충·방전 시 많은 리튬이온을 저장하기 어렵고 전극 부피가 4배 이상 팽창해 성능이 급격히 떨어지는 등의 단점이 있다.

리튬이차전지의 충전용량을 높이려면 고용량 소재에 구멍이 많은 다공성 구조이면서 동시에 에너지 밀도를 높일 수 있도록 조밀한 구조인 전극이 필요하다.

연구진은 구리 분말을 물에 분산시킨 다음 냉각해 성장하는 얼음이 형판 기능을 하게 하는 '프리즈 캐스팅' 방법으로 다공성 구리 구조체를 만들고 여기에 산화주석(SnO₂)을 코팅해 리튬이차전지용 일체형 전극을 개발했다.

이 전극을 이용한 리튬이차전지는 충전용량이 기존 흑연음극을 사용했을 때(372㎃h/g)보다 2배 이상 큰 750㎃h/g를 기록했고, 50회 이상 충·방전한 후에도 용량이 전혀 떨어지지 않을 정도로 전극 안정성도 우수한 것으로 확인됐다.

조용훈 교수는 "이 연구 성과는 리튬이차전지의 고용량 전극 소재 기술 확보를 통해 차세대 전기자동차의 대중화를 앞당기는 데 기여하고 휴대전화나 노트북 등 소형 정보통신 기기의 전원장치로도 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.

한국연구재단 이공분야기초연구사업 지원으로 수행된 이 연구 결과는 국제학술지 '사이언티픽 리포트'(Scientific Reports, 1월 4일자) 온라인판에 게재됐다.

다공성 금속구조체 전극으로 리튬전지 용량 2배 향상 - 3

scitech@yna.co.kr

<저작권자(c) 연합뉴스, 무단 전재-재배포 금지> 2016/02/16 12:00 송고

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