리튬이온전지 성능 향상 희생양극소재 개발

성균관대·경희대 공동연구팀

(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 리튬이온전지의 안정성을 확보하고 성능을 높일 수 있는 기술을 개발했다.

한국연구재단은 성균관대 에너지과학과 윤원섭 교수와 경희대 정보전자신소재공학과 박민식 교수 공동연구팀이 리튬이온전지에 과량의 리튬을 안정적으로 제공할 수 있는 희생양극소재 개발에 성공했다고 14일 밝혔다.

희생양극소재는 풍부한 양의 리튬이온을 제공해 음극 소재에 의한 리튬이온 손실을 효과적으로 보상할 수 있게 하는 소재다.

고용량 리튬이온전지의 상용화를 위해서는 실리콘 기반 음극소재 적용이 필수적이나 초기 충전과정에서 SEI층이 형성되면서 다량의 리튬이온 소모로 리튬이온전지 성능이 저감되는 문제가 있다.

이에 풍부한 양의 리튬을 제공할 수 있는 희생양극소재가 해결방안으로 제시되고 있으나 초기 충전과정에서 음이온의 산화·환원 반응에 의해 발생하는 다량의 산소 가스가 리튬이온전지의 셀 성능에 안 좋은 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.

이에 연구팀은 고도화된 방사광가속기 기반의 분석을 통해 희생양극소재의 초기 충전 과정에서의 전기화학적 반응기구를 명확히 규명하고 다량의 산소 가스 발생을 억제해 리튬을 안정적으로 제공할 수 있는 기술을 개발했다.

연구팀 관계자는 “그동안 명확하게 규명 못한 희생양극소재의 결정구조 변화와 전하 보상 반응기구의 심층적인 이해를 제공할 수 있었다”며 “희생양극소재를 적용한 고성능 리튬이온전지 설계에 대한 가이드라인을 제시할 수 있을 것으로 전망된다”고 말했다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구사업의 지원을 받아 수행된 이번 연구 성과는 재료 분야 세계적 권위지 '어드밴스드 에너지 머티리얼스'에 지난달 10일 게재됐고, 표지논문으로 선정됐다.

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