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'배터리 용량 흑연의 10배' 실리콘, 대량 합성기술 개발

저온 실리콘 합성의 메커니즘을 풀어낸 UNIST 연구진. 왼쪽부터 이정현 연구원, 류재건 박사, 김진철 연구원, 송규진 연구원. [울산과학기술원 제공]
저온 실리콘 합성의 메커니즘을 풀어낸 UNIST 연구진. 왼쪽부터 이정현 연구원, 류재건 박사, 김진철 연구원, 송규진 연구원. [울산과학기술원 제공]

(울산=연합뉴스) 허광무 기자 = 대용량 배터리 소재인 실리콘을 저렴하게 대량으로 합성하는 기술이 개발됐다.

곽상규 울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부 교수팀은 박수진 포항공대 화학과 교수팀과 함께 저온에서 실리콘을 합성하는 기술을 개발하고, 원자 단위의 시뮬레이션으로 합성 원리를 규명했다고 9일 밝혔다.

이 기술은 전기차를 비롯한 중대형 기기의 대용량 배터리 제작에 활용될 것으로 기대된다.

현재 리튬이온 배터리의 음극 물질로는 흑연이 사용되지만, 대용량 배터리 수요가 늘면서 흑연보다 용량이 10배 이상 큰 실리콘이 대체물질로 주목받고 있다.

실리콘 생산을 위한 합성 방법으로는 '금속일 이용한 실리카(silica) 환원'이 널리 쓰이는데, 이 방법은 수백 도의 높은 온도가 필요해 비싸고 대량 합성이 어려운 한계가 있었다.

연구진은 이 문제를 '금속할로젠화물 촉매'를 이용해 해결했다.

이 촉매로 금속과 실리카가 반응하는 데 필요한 활성화 에너지와 온도를 낮춰 실리콘을 쉽게 합성한 것이다.

특히 곽 교수팀은 이 현상을 원자 단위 시뮬레이션 과정으로 분석해 저온 합성 과정의 메커니즘을 규명, 실리콘 음극 소재의 대량생산 가능성을 증명했다.

연구진은 저온 합성법으로 생산한 실리콘 음극 소재로 배터리를 만들어 충·방전 실험을 했는데, 수백 회 충·방전을 반복해도 안정적인 전기화학적 특성을 보였다고 밝혔다.

곽 교수는 "낮은 온도에서 실리콘을 형성하는 방향에 대한 이론적 근거를 제시한 연구다"라면서 "실리콘뿐 아니라 다른 금속산화물에도 금속할로젠화물을 촉매로 적용할 수 있을 것"이라고 밝혔다.

이번 연구는 화학 분야 학술지인 '커뮤니케이션스 케미스트리'(Communications Chemistry) 6일 자에 게재됐다.

hkm@yna.co.kr

<저작권자(c) 연합뉴스, 무단 전재-재배포 금지> 2018/08/09 09:43 송고

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