리튬이온전지 느린 충방전 속도 해결한다… 원천기술 개발

성균관대 박호석 교수팀…고용량 이차전지에 적용

한국연구재단은 성균관대 박호석 교수 연구팀이 거미줄 구조를 모사해 리튬이온전지 전극 소재를 개발했다고 7일 밝혔다.

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.

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

(대전연합뉴스) 박주영 기자 jyoung@yna.co.kr