전남대학교 연구진이 기존 소재보다 저장용량을 4배 늘리고, 출력밀도를 40배 이상 높일 수 있는 저비용 고출력 이차전지 소재 개발에 성공했다.
전남대 공과대학 신소재공학부 박찬진 교수 연구팀은 저가공정을 이용해 독창적 구조의 리튬이온전지용 게르마늄 음극소재를 개발했다고 22일 밝혔다.
이 성과는 높은 출력밀도, 에너지 저장용량과 사용수명 등 리튬이온전지 음극소재의 기존 난제를 동시에 해결함으로써 전기차의 고성능화 및 보급확산에 크게 기여할 것으로 기대된다. 또 모바일기기, 의료기기, 군용기기의 대용량 에너지 저장 등 다양한 분야에 활용될 전망이다.
전기차 등의 배터리로 쓰이는 리튬이온전지용 음극소재로는 실리콘(Si)이나 게르마늄(Ge)이 주목받고 있다. 기존 흑연(C)에 비해 더 많은 양의 리튬을 저장할 수 있어 한 번 충전 후 더 오랜 시간 사용할 수 있기 때문이다.
박 교수팀의 이번 연구는 이런 한계를 극복할 수 있는 길을 열었다는 데 의의가 있다.
연구팀은 현무암 구조와 유사하게 표면 및 내부에 나노 사이즈의 공기구멍을 가지면서 게르마늄 입자 표면에 탄소가 화학적으로 결합돼 있는 독창적인 3차원 구조의 음극소재를 개발했다. 게르마늄 산화물과 PVP의 간단한 환원 열처리 반응 중 일어나는 탄소분해 과정 및 이로 인한 자연적인 가스분출 과정을 이용한 것이다.
박찬진 교수는 “출력이 높고 오래 사용할 수 있는 3차원 나노구조 게르마늄 음극소재는 전지 출력 및 사용시간이 관건인 고성능 전기차를 비롯 모바일기기 및 대용량 에너지 저장 시스템 등에 적합한 이차전지 개발에 중요한 기반이 될 것.”이라고 말했다.
광주=서인주기자 sij@etnews.com
