KIST, 휴대전화 리튬이온전지용 대용량 음극소재 개발

(서울=연합뉴스) 신선미 기자 = 휴대전화나 노트북 등에 이용되는 리튬이온전지의 용량을 지금보다 크게 늘릴 수 있는 소재 기술이 개발됐다.

한국과학기술연구원(KIST)은 에너지융합연구단의 정훈기 박사팀이 기존 전지 음극재보다 용량이 4배 높은 새 음극 소재를 개발했다고 21일 밝혔다.

현재 상용화된 리튬이온전지의 음극에는 흑연이 사용되지만, 최근에는 흑연 대신 실리콘 소재 음극을 사용하는 방안이 세계 곳곳에서 연구되고 있다. 전지 용량을 5배로 늘릴 잠재력이 있기 때문이다.

그러나 실리콘 소재 음극은 충전-방전 과정에서 4배에 이르는 부피 변화가 되풀이돼 충전·방전 사이클을 불과 수십 회밖에 견디지 못하고 쉽게 망가지는 단점이 있다.

연구진은 이런 단점을 해결하기 위해 실리콘을 '틀'에 넣어 부피 변화를 막는 방법을 고안했다. 단단한 탄소로 이뤄진 다공성 구형 구조체에 지름이 50nm(나노미터·1nm=10억분의 1m) 이하인 실리콘 나노입자를 넣어 '실리콘 내장 탄소 복합 재료'를 개발한 것이다.

KIST 연구진이 제조한 실리콘계 음극재. [KIST 제공]

연구진이 개발한 음극재는 기존 흑연계 음극재보다 용량이 4배 뛰어났다. 또 다공성 탄소 틀 안에서 부피가 변하는 구조로 되어 있어 망가지지 않고 500회간 안정적 충전·방전이 가능했다.

정훈기 박사는 "실리콘 음극재의 구조적 안정성과 고성능을 동시에 확보했다"라며 "안전하고 오래 쓸 수 있는 리튬이온전지용 실리콘 음극재의 상용화를 앞당겨, 향후 고용량 리튬이온전지가 전기자동차와 에너지저장시스템(ESS)에 적용되기를 기대한다"고 말했다.

이번 연구는 KIST 영펠로우(Young Fellow) 사업, 한국연구재단 중견연구자 지원사업 등의 지원을 받았다. 연구 결과는 8월 28일 국제학술지 '나노레터스'(Nano Letters)에 실렸다.

정훈기 KIST 박사 [KIST 제공]

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