서울대 연구팀, 에너지 밀도 높은 이차전지 양극소재 개발

서울대 연구팀이 에너지 밀도가 높은 이차전지 양극소재를 개발했다. 산소층 배열 조절을 통하여 가역적인 전이금속 이동을 유도 모식도.(서울대 제공) © 뉴스1

(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 에너지 밀도가 높은 이차전지 양극소재를 개발했다.

한국연구재단(이사장 노정혜)은 서울대 강기석 교수 연구팀이 에너지 밀도가 높은 리튬 과잉 양극소재에서 나타나는 전압 강하와 수명 저하의 원인을 찾아 이를 보완할 양극소재를 개발했다고 21일 밝혔다.

비싼 코발트 사용을 최소화할 수 있는 하이-니켈 소재가 차세대 양극소재로 주목받고 있지만 에너지 밀도가 높은 리튬 과잉 소재에 비해 상대적으로 배터리 용량 향상에 한계가 있다.

이에 연구팀은 니켈 함량을 높이는 대신 산소층을 사이에 두고 리튬이 함유된 전이금속 층과 리튬 층을 번갈아 적층하는 방식의 리튬 과잉 양극소재를 개선하는 연구에 주력했다.

이를 통해 충전 과정에서 전이금속 이온이 리튬 층 내 원래 자리를 이탈하고 복귀하지 않아 소재의 구조 붕괴를 야기해 결국 전압 강하와 수명 저하로 이어지는 것을 알아냈다.

또 산소 층 배열을 조절하면 전이금속의 이동을 억제할 뿐만 아니라 이동한 전이금속을 제자리로 복귀시킬 수 있음을 알아냈다.

실제 산소 층을 3회 이상씩 적층한 기존 형태(O3)에서 2회 이상씩 적층한 형태(O2)의 구조로 재배열한 양극신소재를 적용한 결과 반복된 충·방전에도 초기의 재료 구조가 안정적으로 유지되는 것을 확인했다.

전압 강하의 범위도 기존 0.15V 이상에서 0.05V 이내로 3배 이상 완화시켰고, 40 사이클의 충·방전 이후에도 98.7%에 달하는 우수한 전압 안정성을 보였다.

강기석 교수(서울대 제공)© 뉴스1

과학기술정보통신부․한국연구재단이 추진하는 미래소재디스커버리사업의 지원으로 수행된 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 머티리얼스(Nature Materials)’에 21일 게재됐다.
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