주인공은 구본재(친환경에너지공학부 4학년) 씨. 구 씨의 주도 하에 리튬이차전지 실리콘 음극소재의 성능을 개선한 신기술이 개발됐으며 연구 결과는 세계적인 화학 저널인 <Angewandte Chemie International Edition>誌에 지난 29일 소개됐다.[논문명: 'A highly crosslinked polymeric binder for high-performance Si negative electrode in Li-ion batteries'(리튬이차전지용 고성능 실리콘 음극실현을 위한 형성기억형 그물구조 고분자)]
리튬이차전지는 현재 이차전지 시장에서 대부분을 차지하는 전지다. 한 번 쓰고 버리는 일차전지와는 달리 외부전원을 이용, 충전해 반영구적으로 사용이 가능하다. 휴대폰, 노트북, 컴퓨터 등 휴대통신 기기에 폭넓게 사용되고 있으며 하이브리드 전기자동차와 지능형 로봇 등의 동력원뿐만 아니라 태양광, 풍력 발전 등 신재생 에너지용 전력저장 중대형 전지시스템으로 주목 받고 있다.
그러나 현재 상용화된 탄소계 음극의 경우 한계용량(372mAh/g)이 낮아 에너지 밀도를 높이는 것이 이슈로 제기돼 왔다. 최근에는 용량 개선을 실리콘 음극소재가 대체재로 떠오르고 있다. 단 실리콘 음극은 리튬과의 화학적 결합형성에 의해 전기화학적 충전 반응 동안 400%의 심각한 부피팽창이 일어난다. 이로 인해 전기적 연결이 방해를 받게 돼 반복적인 충방전 싸이클 동안 리튬을 저장하는 능력이 급격하게 저하되는 문제가 있다.
구 씨는 연구를 통해 3차원 그물구조의 형상기억형 고강도 고분자를 실리콘 음극입자와 물리적, 화학적으로 강하게 결합시켜 부피팽창을 효과적으로 억제함으로써 실리콘 음극의 전기화학적 성능과 충전 용량을 획기적으로 향상시키는 데 성공했다. 이번에 부피팽창을 효과적으로 개선한 연구 결과는 배터리 안정성을 높이는 데 기여할 것으로 전망되고 있다.
구 씨는 "올해 6월 2000여 명의 이차전지 관련 분야 국내외 전문가들이 참석한 국제리튬전지학회(IMLB 2012)라는 국제학회에서 본 연구결과를 발표하는 등 재학 중 다양한 경험을 통해 할 수 있다는 자신감을 얻은 것이 이번 연구결과를 낳은 것 같다"면서 "많은 것을 지도해주신 최남순 교수님께 감사드리고 싶다"고 말했다.
이에 최남순(친환경에너지공학부) 교수는 "이번 연구에서 개발된 인공 고분자는 많은 전기에너지를 저장할 수 있는 실리콘 음극소재의 상용화를 앞당길 수 있는 중대한 소재기술이라는 점에서 의의가 있다"고 밝혔다.
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