[ 김봉구 기자 ] KAIST(한국과학기술원) 연구팀이 초고속 충전이 가능한 배터리 소재 개발에 성공했다.

KAIST는 EEWS대학원 강정구·김용훈 교수 공동연구팀이 1분 안에 130mA/g 용량의 리튬 이온 배터리를 100% 충전할 수 있는 음극 소재를 개발했다고 20일 밝혔다. 이 소재는 1만번 이상 작동에도 용량 손실이 없었다고 연구팀은 설명했다.

3차원 그물 형상 그래핀 위에 증착된 메조기공을 형성하는 이산화티타늄 박막 복합구조. / KAIST 제공
3차원 그물 형상 그래핀 위에 증착된 메조기공을 형성하는 이산화티타늄 박막 복합구조. / KAIST 제공
3차원 그물 형상 그래핀과 6나노미터 크기 이산화티타늄 나노 입자로 구성된 복합구조체를 간편한 공정으로 제조하는 기술이다. 기존 전극의 고출력 성능 제한 문제를 개선해 높은 출력과 긴 수명을 요구하는 전기자동차, 휴대용 전자기기 등에 응용될 수 있다.

연구팀은 음극 배터리 물질인 그래핀을 만들 때 표면 불순물이 생겨 전기 전도성을 높이는 데 걸림돌이 되는 점에 착안, 기존의 평평한 형태가 아닌 결함이 적고 물성이 우수한 3차원 그물 형상으로 그래핀을 제조했다.

연구팀은 이렇게 만든 그래핀 위에 메조 기공이 형성된 이산화티타늄 나노입자 박막을 입혀 복합구조체를 구현, 제조공정을 간소화하고 전기 전도성을 높였다. 일반적인 전극 구성물질인 유기 접착제와 전도성 재료를 사용하지 않은 게 비결이다.

강정구 교수는 “재료의 물성을 극대화하는 구조적 설계를 통해 기존 이차전지의 문제점을 해결하고 성능을 효과적으로 높이는 방법을 제시했다”면서 “재료물리학 측면에서 가치가 높은 연구 결과다. 향후 여러 에너지 저장장치 등에 활용 가능성이 클 것”이라고 말했다.

박사과정 이규헌씨와 이정우·최지일 박사가 주도한 이 연구 결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈’ 온라인판에 실렸다. 연구는 미래창조과학부 글로벌 프론티어 사업, 한국연구재단 도약사업과 한국과학기술정보연구원(KISTI)의 슈퍼컴퓨팅 지원을 받아 수행됐다.

김봉구 한경닷컴 기자 kbk9@hankyung.com
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