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왼쪽부터 최원창 교수(교신저자), 이혜지 석사과정생(제1저자). |
[대학저널 온종림 기자] 건국대학교 화공생명에너지공학부 최원창 교수 연구팀이 전기차(EV)와 에너지저장장치(이하 ESS)에 적용할 수 있는 고출력·고안정성 리튬이온전지 양극재 설계 기술을 제시했다. 연구성과는 재료과학 분야의 저명 국제학술지 ‘스몰(Small)’(IF=11.8)에 게재됐다.
리튬망간철인산염은 기존 리튬인산철(LFP) 양극재보다 높은 전압 영역을 활용할 수 있어 에너지밀도를 높일 수 있는 차세대 양극재로 주목받고 있다. 그러나 저온에서도 안정적인 구동 성능, 장기간 사용에도 성능 저하를 억제하는 내구성을 동시에 확보해야 하는 과제가 있었다. 특히 양극재의 리튬이온 이동 속도와 계면 안정성은 배터리 성능을 좌우하는 핵심 요소로 꼽힌다.
연구팀은 이러한 한계를 해결하기 위해 리튬망간철인산염 입자 전체를 도핑하는 기존 방식에서 벗어나 전극 반응이 집중적으로 일어나는 표면부만을 선택적으로 제어하는 전략을 제안했다. 이 같은 접근은 소재 내부 구조의 불필요한 변형을 최소화하면서도 실제 성능 저하가 시작되는 계면을 효과적으로 제어할 수 있다는 점에서 의의가 있다.
성능 측정 결과, 연구팀이 개발한 양극재는 고율 충·방전 조건에서의 용량 유지율과 고온·고충전 저장 조건에서의 용량 유지율이 모두 향상됐다. 이를 통해 빠른 충·방전과 장기간 사용 환경에서 요구되는 출력 안정성과 저장 안정성을 동시에 확보할 수 있음을 확인했다.
이번 연구는 차세대 리튬이온전지 양극재 개발의 핵심 과제인 '고에너지밀도·고출력·장수명' 특성을 동시에 확보할 수 있는 소재 설계 방향을 제시했다는 점에서 의미가 크다.
최원창 교수는 "이번 연구는 향후 전기차와 ESS에 요구되는 고출력·장수명 리튬이온전지 양극재 개발을 위한 소재 설계 지침이 될 것으로 기대된다"고 말했다.
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