부경대·부산대 공동연구팀, 고성능 실리콘 음극 전지 개발

고성능 실리콘 음극 전지를 개발한 부경대·부산대 공동연구팀. 이진홍 부산대 교수, 김세훈 석사, 조계용 부경대 교수, 권영제 박사과정생(왼쪽부터)./사진제공=부경대

조계용 부경대 교수(공업화학전공)와 이진홍 부산대 교수(유기소재시스템공학과) 공동연구팀이 폴리비닐리덴플로라이드(PVDF) 기반 가교형 바인더 소재를 적용한 고성능 음극 전지를 개발했다고 5일 밝혔다.

연구팀에 따르면 현재 대표적인 전극 재료인 흑연 음극은 이론 용량이 낮아 이를 대신할 실리콘이 유망한 음극 재료로 개발되고 있다. 그러나 실리콘 소재는 충·방전 과정에서 부피 변화가 커 상업성이 낮은 한계가 있다. 이를 보완하고자 폴리비닐알콜, 폴리아크릴산 등 다양한 소재를 이용한 바인더가 광범위하게 연구되고 있으나 바인더의 선형사슬이 부피 팽창 중에 발생하는 응력에 대한 저항이 낮은 단점이 있다.

연구팀은 이같은 문제를 해결하기 위해 전기화학적 안정성이 높고 상용 전극 제조에 널리 사용된 불소계 고분자를 기반으로 삼차원 가교 네트워크를 적용, 실리콘 음극의 안정성을 향상시켜 전극용량과 사이클 수명을 증가시키는 데 성공했다.

이번 연구 논문의 제1 저자인 권영제 박사과정생은 "불소계 고분자 기반 가교성 공중합체 바인더는 향상된 유변학적인 특성과 더 나은 전해질 친화성을 보여주며 실리콘 음극을 안정적이고 효과적으로 제작할 수 있게 해준다"면서 "실리콘 음극의 입자 분쇄를 완화해 실리콘 음극의 안정성을 확보할 수 있다"고 밝혔다.

한편 이번 연구는 한국연구재단의 우수신진연구 및 산업통상자원부의 지원을 받아 수행됐다. 연구결과를 담은 논문 'A stress-adaptive interlinked 3D network binder for silicon anodes via tailored chemical bonds and conformation of functionalized poly(vinylidene fluoride) (PVDF) terpolymers'는 최근 국제학술지 'Chemical Engineering Journal'(IF 15.1, JCR 상위 3.2%)에 게재됐다.

경기=이민호 기자 leegija@mt.co.kr