국립창원대학교는 스마트그린공학부 화학공학전공 손영욱 교수 연구팀이 차세대 리튬이온전지 상용화를 앞당길 신기술을 개발했다고 5일 밝혔다.
연구팀은 실리콘 함량에 따른 흑연-실리콘 복합 음극의 전극 조건에 따른 물리적 한계를 규명하고 이를 최적화하는 방법을 제시했다.
현재 리튬이온전지 음극 소재로 사용되는 흑연은 안정성이 뛰어나지만 이론용량 372mAh/g로 제한적이다. 이론용량 3579mAh/g의 실리콘이 대체 물질로 주목받고 있지만 실리콘 음극은 사이클 중 부피 팽창 문제로 인해 전극 내구성이 저하되는 한계가 있다.
연구팀은 흑연-실리콘 복합 음극의 실리콘 함량에 따른 물리적 제약을 분석하고 최적의 전극 로딩 및 밀도를 조사했다.
연구 결과 실리콘 함량이 증가할수록 음극의 물리적 한계가 낮아지며 전극 로딩과 밀도 조절이 중요한 변수임을 확인했다.
특히 전극 로딩과 밀도를 최적화함으로써 기존 흑연 전극 대비 우수한 충·방전 속도 성능을 확보했으며 실리콘 함량이 증가할수록 전극 저항이 높아지지만 특정 밀도에서 최적의 성능을 구현할 수 있음을 입증했다.
이번 연구는 한국연구재단 기초연구사업(우수신진연구)과 지자체-대학 협력기반 지역혁신 사업 지원을 받아 수행했다.
손영욱 교수는 “리튬이온전지 음극 분야에서 전극 조건 설계에 대한 연구는 상대적으로 미흡한 가운데 이번 연구 결과는 흑연-실리콘 음극의 고로딩화 및 고밀도화에 관한 연구에 중요한 통찰력을 제공할 것으로 기대한다”면서 “앞으로 연구 논문 발표뿐 아니라 산업에도 실제적인 도움이 되기 위해 최선의 노력을 다하겠다”고 전했다.
창원=노동균 기자 defrost@etnews.com
