리튬전지 탄소음극 대체할 고성능·장수명 실리콘전극 개발

기계硏 현승민 박사·성균관대 이후정 교수팀 "실리콘 합금소재로 팽창문제 해결"

국내 연구진이 고용량 리튬이온전지에 사용되는탄소계열 음극 소재의 단점을 보완해 전지 성능을 크게 높이고 수명을 연장할 수 있는 실리콘 합금 전극 소재를 개발했다.

한국기계연구원(KIMM·원장 임용택)은 24일 나노역학연구실 현승민 박사와 성균관대 이후정 교수 연구팀이 실리콘, 철, 티타늄을 합금해 고용량, 장수명의 리튬이온전지 음극 전극 재료를 개발했다고 밝혔다.

국가과학기술연구회 창조형융합기술연구사업 지원으로 수행된 이 연구 결과는재료분야 국제학술지 '어드밴스드 에너지 머티리얼즈'(Advanced Energy Materials,8월 27일자)에 게재됐다.

실리콘은 기존 리튬이온전지 음속 소재인 탄소계열 소재보다 용량이 최대 10배에 가까운 3천500㎃H/ｇ에 달하지만 충·방전 시 리튬과 반응해 400% 이상 부피가변하기 때문에 장시간 사용할 수 없는 문제가 있다.

연구진은 이 연구에서 실리콘, 리튬과 반응하지 않는 철과 티타늄을 적절한 비율로 합금해 충·방전 시 실리콘 재료가 팽창하는 것을 막는 데 성공했다.

이 실리콘 합금 전극 재료를 이용해 동전형 리튬이온전지를 제작한 결과 이 전극은 500차례 반복해서 충·방전해도 1천500㎃H/ｇ의 고용량을 유지, 고용량 특성과함께 상용화 가능성이 확인됐다고 연구진은 설명했다.

현승민 박사는 "실리콘 합금 음극재료는 충·방전 시 전이금속의 미세구조 변화를 이용해 기존 실리콘 부피 팽창 문제를 해결한 것"이라며 "전지의 양극, 전해질,분리막 등 다른 핵심소재들도 빨리 개발돼 고용량, 장수명의 배터리가 상용화되길바란다"고 말했다.

scitech@yna.co.kr(끝)<저 작 권 자(c)연 합 뉴 스. 무 단 전 재-재 배 포 금 지.>