국내 연구진이 리튬이온전지 수명 저하 현상을 해결할 수 있는 기술을 개발해 주목받고 있다.
성균관대학교(총장 정규상) 화학과 박귀옥 연구원(제1저자, 지도교수 김지만), 에너지과학과 윤정배 박사과정(공동 제1저자, 지도교수 윤원섭)의 논문이 소재과학(material sciences)분야의 권위 있는 국제학술지 'Advanced Functional Materials(어드밴스드 펑셔널 머터리얼스)'에 3일자 표지 논문(front cover)으로 선정됐다.
이 연구는 삼성미래기술육성사업(김지만 교수·윤원섭 교수(성균관대)·김한수 교수(한양대) 공동연구팀)의 지원을 받아 수행됐다.
연구진은 리튬이온전지의 충·방전과정 중 발생하는 음극소재의 부피 변화를 제어할 수 있는 주석(Sn)계 합금 나노소재 설계기술을 개발했다.
모바일 기기와 전기자동차 시장이 성장함에 따라 고용량·고수명 리튬이차전지용 전극소재 개발은 필수적이다. 기존 음극소재인 흑연 전극을 대체할 고용량 소재의 후보로서 금속계 소재(실리콘, 게르마늄, 주석 등)에 대한 연구가 활발히 진행 중이지만, 충·방전시 전극소재의 큰 수축과 팽창에 의해 수명이 급격히 저하되는 기술적 난제가 있었다. 이번 연구를 통해 공동연구팀은 나노소재 합성기술을 이용하여 이러한 문제를 해결할 수 있는 기반을 마련했다.
특히 연구진은 방사광가속기를 이용해 충·방전 과정 중 리튬이온전지 내부에서 발생하는 전극 소재의 부피 변화를 실시간으로 관측하는 데 성공했다.
이번 연구 결과는 전지의 부피 변화를 완벽하게 제어해 전지의 수명저하 문제를 해결할 수 있는 기반을 마련했다는 평가를 받고 있다.
성균관대 에너지과학과에서 박사학위를 수여받고 화학과에서 박사후연구원으로 재직 중인 박귀옥 연구원은 "규칙적인 나노 기공과 비활성 원소의 도입을 통해 전극 소재의 부피팽창 제어가 가능할 수 있다는 것을 실질적으로 보여준 첫 사례이었기에 차세대 리튬이온전지를 설계함에 있어 새로운 계기가 될 수 있을 것"이라 밝혔다.
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