속이 빈 구조를 지닌 리튬이온전지의 용량을 기존의 3배로 늘리는 기술을 개발하는 데 응용될 수 있는 연구 결과가 나왔다.

기초과학연구원(IBS) 나노입자연구단장인 현택환 서울대 화학생물공학부 중견석좌교수와 연구단의 오명환 선임연구원 등은 '금속 산화물 나노입자에서의 갈바닉 교환반응'(Galvanic Replacement Reactions in Metal Oxide Nanocrystals)이라는 논문을 과학저널 '사이언스'에 24일 게재했다.

연구진은 자체 개발한 산화철-산화망간 이종접합 나노구조를 리튬이온전지의 음극으로 사용할 경우 흑연을 음극으로 사용하는 통상적인 전지에 비해 최대 3배로 높은 용량을 보였으며, 수많은 충·방전 이후에도 성능저하가 0.5% 미만으로 거의 없었다고 밝혔다.

연구진은 산화망간 나노입자와 철 과염소산염 수용액을 반응시켜 산화철-산화망간 이종접합 구조를 만들었으며, 철 과염소산염의 농도를 증가시키면 속이 텅 빈 구조로 된 산화철 '나노새장'(nanocage)을 만들 수 있음을 보였다.

이 연구 결과를 이용하면 리튬이온배터리나 태양전지 등 에너지 소자의 성능을 획기적으로 개선할 수 있다는 것이 연구진의 설명이다.

현택환 단장은 "전위 금속 산화물은 상용화된 흑연보다 이론적으로 큰 용량을 발현할 수 있어 차세대 음극 재료로 주목 받아왔지만 배터리 충·방전 시 물질의 부피 변화가 커 장기적 성능 저하가 큰 문제였다"면서 "속이 빈 산화물 나노입자의 합성을 통해 고성능 배터리를 개발할 수 있는 길을 열었다는 점에서 의미가 있다"고 말했다.