동국대 김현석 연구팀, 고수명 실리콘 산화물 기반 박막형 음극활물질 개발

김현석 동국대 교수.(동국대 제공)

(서울=뉴스1) 남해인 기자 = 동국대 공과대학 에너지신소재공학과의 김현석 교수 연구팀은 한국화학연구원 이상진 박사 연구팀, 울산대 정지원 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해 실리콘 산화물(SiOx), 탄소 나노튜브(CNT), 테프론(PTFE)이 혼합된 하이브리드 단일 타겟을 제조하고 실리콘 산화물 기반 고성능 차세대 박막형 리튬이온 음극활물질을 개발했다고 15일 밝혔다.

연구팀은 실리콘 기반 음극 소재의 성능과 수명 특성을 향상시키기 위해 실리콘 산화물, 탄소 나노튜브, 테프론이 혼합된 하이브리드 단일 타겟을 사용해 박막을 제조했다. 기존에 사용되던 단일 소재로 이루어진 타겟과는 달리 하이브리드 타겟으로 제조된 박막 전극은 실리콘의 부피팽창을 억제하는 유기물 기반 완충 소재가 혼합돼있어 부피 변화를 최소화했다.

이런 형태의 박막 전극은 충전과 방전 과정에서 발생하는 실리콘 소재의 반복되는 부피 팽창에 따른 활성물질 손실을 줄여 수명 특성을 향상시켰다. 또 실리콘 산화물 함량을 조절해 음극활물질의 성능을 최적화했다.

이 연구는 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼스'(Advanced Materials) 1월판 온라인에 게재됐고 표지에도 소개됐다.

김 교수는 "실리콘 산화물 기반 음극 소재는 흑연을 대체할 특성을 지니고 있어도 장기 수명 특성이 부족해 박막형 리튬이온 배터리 소재로 적용하기 힘들었다"며 "이번 연구로 수명 특성을 향상시키는 데 성공했고 박막형 리튬이온 배터리 연구에 유의미한 방법을 제시해 향후 차세대 배터리 산업에 큰 영향을 미칠 것으로 기대된다"고 말했다.

hi_nam@news1.kr