영남대 연구팀, '고속 충전 양극 소재 혁신' '고성능 자성 음극 소재' 개발

사진 제공 영남대학교

영남대학교 화학과 강미숙 교수 연구팀이 차세대 리튬이온전지 분야에서 세계적으로 주목받는 연구 논문 2편을 발표했습니다.

첫 번째 연구는 고속 충전 배터리의 성능을 떨어뜨리는 주요 문제 중 하나인 '전극–전해질 계면의 불안정성'을 해결한 것으로, 연구팀은 알루미늄, 플루오린, 탄소 등 세 가지 원소를 동시에 코팅하는 방법으로, 리튬불화물이 균일하게 성장하는 계면층을 만들어냈습니다.

이를 통해 리튬이온이 빠르고 안정적으로 이동할 수 있도록 했으며, 기존보다 10배 빠른 충전 속도에서도 안정적인 성능을 유지하는 배터리 전극을 개발했습니다.

이 기술은 리튬인산철 양극 소재에 적용돼, 초고속 충전 환경에서도 2,000회 이상 성능을 유지하는 것으로 확인됐고 니켈계 고용량 양극에도 확장 적용이 가능함을 입증했습니다.

이 연구는 강미숙 교수와 경북대학교 유지영 교수가 공동 교신저자로 참여했으며, 문호준 졸업생이 제1 저자로 연구를 진행했습니다.

두 번째 연구는 친환경 업사이클링 기술을 활용해 배터리 음극 소재를 개발한 것으로, 연구팀은 메탄 열분해 반응 후 발생한 철 내포 탄소 나노 구조체 촉매 잔여물을 재활용해서 새로운 음극 소재를 만들었습니다.

이 소재는 자성을 가진 철 코어와 양파 모양 탄소 쉘 구조를 가지고 있으며, 외부 자기장을 활용해 리튬이온의 확산 경로를 스핀 정렬시켜 도전재 없이도 기존 그라파이트 음극 소재보다 150% 향상된 성능을 구현했습니다.

이 연구는 촉매 잔여물을 고부가가치 소재로 탈바꿈시켰다는 점에서 환경 보호와 기술 혁신이라는 두 가지 목표를 동시에 달성했다는 평가를 받고 있습니다.

강미숙 교수와 물리학과 김기현 교수가 공동 교신저자로, 고명석 졸업생이 제1 저자로 참여했습니다.

이 두 연구는 과학기술정보통신부, 한국연구재단 2019년도 선정 지역혁신선도연구센터의 지원을 받아 수행됐습니다.

강미숙 교수는 "양극 소재의 인터페이스 설계와 폐촉매 업사이클링 기반 음극 자성체 소재 개발이라는 상반된 전략으로 차세대 에너지 저장 기술의 가능성을 넓히고자 했다"라며, "앞으로도 초고용량, 초고속 충전이 가능한 신개념 양극재와 음극재 분야, 더 나아가 자유롭게 상전이가 가능한 고체전해질 분야에서 세계적인 경쟁력을 이어가겠다"라고 밝혔습니다.

연구 결과를 담은 두 편의 논문이 2025년 7월 초 에너지 소재 분야의 권위 있는 국제 학술지인 'Energy Storage Materials'와 'Advanced Science'에 동시에 게재됐습니다.