울산과기대 구본재 학생
리튬이차전지 충전 용량을 5배 이상 늘릴 수 있는 신기술을 국내 대학생이 개발했다.
울산과학기술대학교(UNIST) 구본재씨(친환경에너지공학부 4년)는 3차원 그물구조의 형상기억형 고분자를 이용해 현재 상용화된 탄소계 음극소재보다 전기화학적 성능이 우수하고, 충전 용량도 5배 이상 높일 수 있는 실리콘 음극소재 성능개선 기술을 개발했다고 30일 밝혔다.
이는 고용량 실리콘 음극판 형성의 응용 가능성을 높여 고에너지밀도를 요구하는 리튬이차전지 충전 용량을 획기적으로 개선하는 기반 기술이 될 것으로 기대된다.
연구결과는 지난 29일 국제 화학 저널인 앙게반테 케미 국제판(Angewandte Chemie International Edition)에 소개됐다.
현재 상용화된 리튬이차전지 탄소계 음극은 한계 용량(372㎃h/g)이 낮아 에너지 밀도를 높이는 일이 최대 과제였다. 최근에는 탄소계 음극보다 약 10배 높은 이론 용량(4200㎃h/g)을 지닌 실리콘 음극소재가 대체재로 부상하고 있다.
하지만 실리콘 음극은 리튬과의 전기화학적 충전반응을 일으킬 때 부피가 400%나 팽창하는 부작용 탓에 전기 연결이 방해를 받는다. 반복적인 충·방전 사이클 동안에는 리튬을 저장하는 능력이 급격히 저하되는 문제점도 제기됐다.
구본재씨는 3차원 그물구조의 형상기억형 고강도 고분자를 실리콘 음극입자와 물리·화학적으로 강하게 결합해 이러한 부피 팽창을 효과적으로 억제했다. 그 결과 실리콘 음극의 전기화학적 성능과 충전 용량을 높이는 데 성공했다.
최남순 울산과기대 친환경에너지공학부 교수는 “인공 고분자는 많은 전기에너지를 저장할 수 있는 실리콘 음극소재의 상용화를 앞당길 수 있는 중대한 소재기술이라는 점에 의의가 있다”고 설명했다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com
