June 20,2019

전지 수명 늘리는 새 전극 소재 개발

일차원 구조의 불규칙 배열 이중금속 개발

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전지 수명을 늘릴 수 있는 새로운 전극 소재가 개발됐다.

포항공과대학교(POSTECH)는 화학공학과 박수진 교수팀과 한국과학기술원(KAIST) 신소재공학과 김일두 교수팀이 전지 음극 소재로 활용할 수 있는 일차원 구조의 불규칙 배열 이중금속을 개발했다고 11일 밝혔다.

스마트폰뿐만 아니라 하이브리드차, 전기차와 같은 친환경 자동차 시장이 점차 커지면서 리튬이온전지 수요가 늘고 있다.

현재 상용화한 리튬이온전지는 흑연을 음극으로 사용한다.

그러나 흑연은 시간이 지나면서 팽창하는 성질이 있어 이를 고려해 전지를 설계하면 전지 용량이 줄어들 수밖에 없다.

이 때문에 많은 연구진이 자동차에 활용하는 전지 용량을 늘리기 위해 차세대 음극 소재 개발에 몰두해 왔다.

최근 대안으로 개발된 실리콘이나 게르마늄을 활용한 음극 소재도 용량은 높일 수 있어도 전기전도도가 낮아 출력을 높일 수 없다는 한계가 있다.

공동연구팀은 게르마늄과 아연을 열 반응하면 원자단위로 불규칙한 배열 합금으로 바뀌는 데 주목했다.

연구팀은 이 합금을 일차원적 구조로 합성해 리튬이온전지에 적용했다.

그 결과 일차원적 구조가 게르마늄 물질 문제점인 부피 팽창을 완화하고 아연이 게르마늄 원자 사이에 들어가 전자 이동속도를 높여 출력을 높이는 역할을 한다는 것을 밝혀냈다.

이 연구는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈지를 통해 발표됐다.

박수진 교수는 “이번 연구는 단순한 금속 간 불규칙적 배열을 통해 전기화학적 특성을 더욱 높인 새로운 형태 소재를 제안한 것”이라며 “다양한 금속 조합을 통해 각 전지 목적에 맞는 전극 소재 개발 가능성을 열었다고 볼 수 있다”고 말했다.

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