배터리 음극 용량 2.6배↑…차세대 음극소재 상용화 길 열려

입력 2021-07-15 17:53:30 수정 2021-07-15 17:57:41
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이민아 KIST 박사팀, 전극 전처리 용액 활용 흑연-실리콘 혼합소재 초기효율 100% 달성 성공

KIST 청정신기술연구본부 연구팀, (좌측 상단부터) 최진관 학생연구원, 홍지현 선임연구원, 정향수 선임연구원, 이민아 선임연구원이 기념촬영을 하고 있다.(사진제공=KIST)
KIST 청정신기술연구본부 연구팀, (좌측 상단부터) 최진관 학생연구원, 홍지현 선임연구원, 정향수 선임연구원, 이민아 선임연구원이 기념촬영을 하고 있다.(사진제공=KIST)

국내 연구진이 리튬이온배터리의 전극 전처리 용액을 개발해 배터리의 음극 용량을 최대 2.6배 늘리는데 성공했다.

한국과학기술연구원(KIST,원장 윤석진)은 에너지저장연구센터 이민아 박사, 에너지소재연구센터 홍지현 박사, 수소연료전지연구센터 정향수 박사 공동연구팀이 리튬배터리의 흑연-실리콘 복합 음극 제작과정에 활용 가능한 전처리용액을 개발했다고 15일 밝혔다.

연구팀에 따르면 상용화된 리튬배터리는 대부분 음극 소재로 흑연을 사용한다. 실리콘 소재의 경우 흑연보다 에너지 저장능력이 5~10배 높아 차세대 음극 소재로 주목받고 있다.

하지만 실리콘은 흑연에 비해 3배가량 많은 양의 리튬을 소모해 흑연을 완전히 대체하지 못하고 있는 상황이다. 이러한 이유로 흑연과 실리콘을 혼합한 복합전극이 실질적인 차세대 음극소재로 부상하고 있다.

이민아 박사팀은 전극을 특수한 용액에 담갔다 빼는 공정을 개발해 실리콘과 흑연이 혼합된 전극에서도 안정적으로 손실될 리튬을 공급할 수 있게 됐다.

이를 통해 실리콘 비율을 50%까지 높여도 초기 리튬 소모현상을 완전 차단이 가능해진다. 첫 충전 시 1% 이하의 리튬을 소모해 100%에 가까운 높은 초기 효율을 보였다.

개발된 전극은 기존 흑연만을 사용한 음극에 비해 약 2.6배 높은 용량을 가지며 250회 충·방전하는 내구성시험 후에도 87.3% 용량이 유지되는 우수한 수명 특성을 보였다.

이민아 KIST 박사는 “이번 연구를 통해 보다 높은 용량을 지니는 배터리 생산이 가능해 향후 전기 자동차의 주행거리를 획기적으로 향상시키는데 활용할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

한편, 이번 연구결과는 화학분야 국제학술지 ‘Journal of the American Chemical Society’ 최신호에 게재됐다.

[CEO스코어데일리 / 이승현 기자 / shlee4308@ceoscore.co.kr]

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