조재필 금오공대 교수

국내 한 연구진이 리튬이차전지의 수명에 결정적인 영향을 미치는 음극 활물질의 부피 팽창을 획기적으로 조절할 수 있는 원천기술을 개발했다.

이 같은 내용은 세계적 화학권위지인 ‘안게반테 케미’ 11월호 국제판에 소개됐다.

주인공인 금오공대 조재필 교수(응용화학전공) 연구팀은 한국전자통신연구원(ETRI) 기반기술연구소 이오닉스소자팀(팀장 류광선), 서울대학교 재료공학부 박병우 교수.

특히 이번 성과는 지난해 4월 조 교수가 발표한 ‘양극 활물질 나노산화물 코팅을 통한 이차전지 안전성의 획기적 향상’이란 제목의 논문이 안게반테 케미에 처음으로 소개된 이후 서로 다른 연구결과가 잇따라 실린 드문 경우여서 학계와 산업계의 이목이 집중되고 있다.

조재필 교수 연구팀은 주석 산화물에 인위적으로 나노기공을 만드는 기법으로 각광을 받기 시작한 음극재료 사용시 전지의 수명저하 및 용량 감소 등의 어려움을 해결했다. 조 교수팀은 산화물에 나노기공을 25% 이상 형성시키면 음극물질 부피팽창의 변화를 자유롭게 조절할 수 있다는 원리를 적용해 문제를 해결했다.

연구팀은 특히 5㎚ 이하 나노기공의 부피는 합성을 통해 인위적으로 조절이 가능하며 리튬과의 반응시 나타나는 부피팽창의 완충역할을 한다는 사실도 밝혀냈다. 또 나노기공을 활용할 경우 음극물질의 초기용량인 750mAh/g을 그대로 유지한다는 점도 실험결과 밝혀냈으며, 전류의 속도를 높이는 ‘고율’상태에서도 용량감소가 나타나지 않는 점도 확인했다. 이번 기술은 순수금속계인 실리콘(SI)과 같은 물질에도 적용될 수 있도록 하는 실험이 진행되고 있다.

리튬이차전지에서 현재 각광받고 있는 음극재료는 주석을 포함한 금속 산화물로, 이 재료의 경우 사용할 수 있는 음극물질의 용량이 750 mAh/g 이상이라는 장점 때문에 일본과 미국에서 집중적으로 연구개발중이다.

조재필 교수는 “현재 ETRI 이오닉스소자팀은 이번 나노기공 음극 활물질 부피팽창 조절 기술을 차세대 PC용 전원장치인 이차전지에 적용해 추가적인 성능을 시험중”이라며, “이 전지를 활용할 경우 휴대폰이나 이동단말기의 사용시간을 현재보다 2배 이상 늘릴 수 있다”고 말했다.

대구=

정재훈기자@전자신문, jhoon@etnews.co.kr