국립창원대, 차세대 리튬이온배터리 기술개발 돌파구 찾았다

[창원=뉴시스]홍정명 기자 = 국립창원대학교는 스마트그린공학부 화학공학전공 손영욱 교수 연구팀이 차세대 리튬이온배터리 기술 개발의 중요한 돌파구를 찾았다고 5일 밝혔다.

대학에 따르면 손 교수팀은 흑연-실리콘 복합 음극의 실리콘 함량 조건에 따른 물리적 한계를 규명하고 성능을 최적화할 수 있는 방법을 제시했다.


현재 리튬이온전지의 음극 소재로 사용되는 흑연(graphite)은 안정성이 뛰어나지만 이론용량이 372mAh/g로 제한적이다.

이에 이론용량이 3579mAh/g에 달하는 실리콘이 대체 물질로 주목 받고 있지만 실리콘 음극은 사이클 중 부피 팽창 문제로 전극 내구성이 저하되는 한계가 있다.

이의 극복을 위해 손영욱 교수팀은 흑연-실리콘 복합 음극의 실리콘 함량에 따른 물리적 제약을 분석하고 최적의 전극 로딩 및 밀도를 조사했다.


그 결과 실리콘 함량이 증가할수록 음극의 물리적 한계가 낮아지고, 전극 로딩 및 밀도를 조절하는 것이 중요한 변수가 된다는 사실을 확인했다.

특히 전극 로딩 및 밀도를 최적화함으로서 기존 흑연 전극 대비 우수한 충·방전 속도 성능을 확보하는데 성공했다.

아울러 실리콘 함량이 증가할수록 전극 저항이 높아지지만 특정한 밀도에서는 최적의 성능을 구현할 수 있음도 입증했다.

특히 이번 연구 성과는 배터리 성능 향상은 물론, 차세대 하이에너지 배터리 상용화를 앞당길 것으로 기대된다.

손영욱 교수는 "리튬이온전지 음극 분야에서 전극 조건 설계에 대한 연구는 상대적으로 미흡한 가운데, 이번 연구 성과는 흑연-실리콘 음극의 고로딩화 및 고밀도화에 관한 연구에 중요한 통찰력을 제공했다"면서 "앞으로 연구 논문 발표뿐만 아니라 산업에도 실제적인 도움이 되도록 하기 위해 최선을 다하겠다"고 전했다.




이번 연구는 한국연구재단 기초연구사업(우수신진연구), 지자체-대학 협력기반 지역혁신사업 지원을 받아 수행됐다.

연구성과 논문 '하이에너지 리튬이온전지에 대한 흑연-실리콘 복합 음극의 전극 조건에 따른 물리적 한계'는 국제저명학술지 'JOURNAL OF POWER SOURCES(Impactor factor=8.1, JCR Q1)'에 게재됐다.


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