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리튬이온전지 충전 속도 20배 향상…새 전극소재 개발

송고시간2017-09-07 12:00

성균관대 박호석 교수팀…율속 특성 70% 이상 유지 장점

(대전=연합뉴스) 박주영 기자 = 한국연구재단은 성균관대 박호석 교수 연구팀이 거미줄 구조를 모사해 리튬이온전지 전극 소재를 개발했다고 7일 밝혔다.

거미줄 구조 닮은 리튬이온전지 전극 소재 모식도 [한국연구재단 제공=연합뉴스]
거미줄 구조 닮은 리튬이온전지 전극 소재 모식도 [한국연구재단 제공=연합뉴스]

리튬이온전지는 스마트폰과 전기자동차 등에 널리 쓰이지만 현재 음극 소재로 쓰이는 흑연의 용량이 제한적이어서 실리콘, 전이금속 산화물 등 다양한 고용량 소재들이 개발되고 있다.

하지만 이들 소재는 충전과 방전 속도가 느리고 충·방전 시 발생하는 부피 팽창으로 인해 기능이 떨어진다는 문제가 있다.

연구팀은 거미줄로 벌레를 잡는 것처럼 고용량의 철 산화물 나노입자를 3차원 탄소나노튜브(CNT) 네트워크에 고정해 전극 소재를 개발했다.

그 결과 820밀리암페어아워(mAh) 이상 고용량에서 300차례 이상 충방전해도 88% 이상의 용량을 유지하는 것으로 나타났다.

충전 속도를 20배 빠르게 해도 70% 이상의 율속 특성(충방전 속도를 높임에 따라 용량 유지율이 좋아지거나 나빠지는 특성)을 보였다.

연구팀은 얼음 결정을 이용해 공극을 만드는 방법으로 거미줄 형태의 3차원 탄소나노튜브를 조립한 뒤 오존 처리를 통해 표면을 끈적이게 만들어 나노입자를 포집하는 데 성공했다.

박호석 교수는 "생체모방기술을 통해 리튬이온전지의 느린 충방전 속도를 해결할 수 있는 원천기술을 개발했다"며 "다양한 고용량 이차전지 소재에 적용할 수 있을 것"이라고 말했다.

박호석 교수 [한국연구재단 제공=연합뉴스]
박호석 교수 [한국연구재단 제공=연합뉴스]

이번 연구 성과는 국제 학술지 '어드밴스드 에너지 머터리얼즈'(Advanced Energy Materials) 전날 자에 실렸다.

jyoung@yna.co.kr

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