UNIST 차세대 2차전지 음극재 기술 개발…대용량 이차전지 기대감↑

입력 2019.11.14 15:26

울산과학기술원(UNIST)이 ‘복합 음극재 제조물질’을 개발했다. 음극재는 리튬이온 배터리 등 2차전지를 충전할 때 양극에서 나오는 리튬이온을 음극에서 받아들이게 하는 소재다. 이번 연구로 ESS(에너지저장장치), 전기차에 필요한 고용량 이차전지용 음극 물질 개발 연구에 가속도가 붙게 될 전망이다.

한국연구재단은 14일 이현욱·류정기 UNIST 교수 연구팀의 성과를 발표했다. 실리콘 나노 튜브를 활용해 부피당 에너지 저장 용량이 큰 고밀도 실리콘·흑연 복합체 전극을 만드는 연구다.

이현욱·류정기 UNIST 교수, 염수정 UNIST 박사과정 (왼쪽부터) / 한국연구재단 제공
지금까지는 리튬이온 배터리를 만들 때 음극으로 흑연을 주로 썼다. 흑연은 용량 한계가 있다. 대체재로 각광 받은 것이 실리콘이다. 흑연보다 에너지 밀도가 10배 이상으로 높지만, 전기 전도도가 낮고 충·방전을 반복하면 부피가 4배쯤 팽창한다. 이 과정에서 전극을 구성하는 입자가 부서지면서 성능을 떨어뜨리는 문제가 생긴다.

이현욱·류정기 교수 연구팀은 점토광물(고령토에서 발견되는 할로이사이트)에서 얻은 실리콘 나노 튜브에 탄소 코팅처리를 한 후 흑연과 섞어 복합체 전극을 만들었다.

실리콘 나노 튜브 합성 과정 / UNIST 제공
실리콘 나노 튜브는 내부가 빈 형태라서 부피 팽창을 줄인다. 실리콘 나노 튜브에 점토광물을 섞는 방법은 특별 공정 없이 구현할 수 있어 비용도 줄일 수 있다.

이현욱 교수는 "실리콘 나노 튜브를 활용해 실리콘 함량을 기존 14%에서 42%까지 크게 높일 수 있었다. 그만큼 에너지 밀도도 올릴 수 있다"고 설명했다.

이어 "실리콘-흑연 복합재 음극의 수명과 안정성을 높였다. 동시에 부피당 에너지 저장 용량이 높은 실리콘-흑연 복합체를 개발했다는 의미도 있다"고 전했다.

이 연구성과는 국제학술지 ‘나노 레터스(Nano Letters)’에 11월 1일 자로 게재됐다.


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