효율 높고 오래쓰는 리튬이온전지 소재 개발(05.28)

이진우 포항공대·김영식 UNIST 교수팀, 흑연 소재대비 3배이상 높아

길애경 기자kilpaper@hellodd.com

▲이진우 포항공대 교수와 김영식 UNIST 교수 연구팀이 기존 흑연 전극 대비 3배 이상 용량이 크고 오래가는 리튬이온전지용 음극 소재를 개발하는데 성공했다.<이미지=한국연구재단 제공>

스마트폰, 노트북 등 휴대용 기기의 사용이 점점 늘어나면서 전지의 역할이 중요해지는 가운데 국내 연구진이 효율성과 수명을 높일 수 있는 리튬이온 전지 음극 소재를 개발했다.

이진우 포항공대 교수와 김영식 UNIST 교수 연구팀이 2~50 나노미터(nm)의 많은 구멍을 갖고 있는 게르마늄 산화물 및 금속과 탄소의 복합체로, 기존 흑연 전극 대비 3배 이상 용량이 크고 오래 가는 리튬이온전지용 음극 소재를 개발하는데 성공했다.

게르마늄 산화물은 현재 상용되는 낮은 용량의 흑연 음극을 대체할 수 있는 고용량 음극 소재로 최근 많은 주목을 받고 있다.

하지만 이는 충전과 방전 과정에서 부피가 계속 변하면서 전극이 손상돼 수명이 짧고 전기 전도도가 낮다는 단점이 있다. 또 리튬 이온이 산화물 형태로 남아있어 충전 대비 방전 효율이 낮아지는 문제가 있다.

연구팀은 2~50 나노미터(nm)의 많은 구멍을 갖고 있는 메조다공성 게르마늄 산화물과 게르마늄 금속, 탄소 복합체를 합성해 신개념 리튬이온전지 음극재를 제작했다. 게르마늄 금속과 탄소는 전극의 전도도를 향상시키고  전기전달 통로를 형성해 리튬 산화물의 분해를 촉진, 충전 대비 방전 효율을 높이고 용량을 증가 시켰다. 

이는 높은 성능과 열 내구성을 가지며 기존에 보고된 게르마늄 계열 음극재 중 최고 수준의 면적당 용량을 갖는 것으로 확인됐다. 

이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구사업(일반연구자지원)으로 수행됐고, 나노 분야의 권위지 에이씨에스 나노지(ACS Nano) 4월 13일자 온라인판에 게재됐다.

이진우 교수는 "최근 개발된 게르마늄 기반 음극재 중 우수한 에너지 밀도를 갖는 사례로 향후 추가 연구를 통해 용량이 높은 장수명 리튬이온전지로 상용화되기를 기대한다"고 말했다.