[대학저널 정성민 기자] 동국대학교(총장 한태식) 연구팀이 리튬이차전지 고용량 음극 소재 기술 개발에 성공했다.
주인공은 동국대 융합에너지신소재공학과 강용묵 교수 연구팀. 3일 동국대에 따르면 강 교수팀은 리튬이차전지에서 가장 유력한 차세대 음극 소재로 고려되는 실리콘계 음극 소재 수명 특성을 수백 싸이클(cycle) 이상까지 유지할 수 있는 기술을 개발했다.
현재 에너지 저장 시스템(ESS)과 전기자동차(EV) 부문은 신재생 에너지 기술의 핵심으로 주목받고 있다. 그러나 ESS와 EV의 경우 높은 출력과 에너지 밀도를 동시 구현할 수 있는 이차전지가 필요하다. 이에 단기적인 목표 달성을 위해 고전압 양극 소재 개발과 함께 음극 소재 고용량화가 필수로 인식되고 있다. 그동안 다양한 신규 고용량 음극 소재가 제시됐지만 중심 원소인 실리콘과 주석 등의 부피 팽창에 따른 급격한 퇴화로 상용화에 어려움을 겪어왔다.
강 교수팀은 다년간의 연구를 통해 실리콘계 소재의 주요 퇴화 원인이 단순한 부피 팽창이 아닌, 실리콘 입자 음극 소재 내에서의 이동 그리고 표면에서 일어나는 전해질의 불완전 분해 등에 있다는 것을 알아냈다. 이에 도파민(Dopamine)층을 이용, 실리콘 입자를 환원 그래핀 산화물 특정 위치에 고정함으로써 실리콘계 음극 소재 주요 퇴화 원인 두 가지를 모두 해결했다.
강 교수는 "리튬이온이차전지의 최종 목표가 EV나 ESS에 적용하는 것임을 고려했을 때 음극 소재의 고용량화 기술은 매우 중요한 부분이다. 이는 산업계나 학계에서 모두 이견이 없는 사항"이라면서 "이번 연구는 산업적 가치가 높은 저비용 공정만으로 실리콘계 음극 소재 수명과 제반 특성 안정화를 통해 해당 소재의 사용 영역 확대 가능성을 보여줬다는 점에서 큰 의의가 있다"고 밝혔다.
한편 강 교수의 연구 결과는 지난 7월 30일 발간된 에너지 환경 분야 최고 권위지, 'Advanced Energy Materials' 인터넷 판에 게재됐다.
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