[과기원NOW] 양극재 도판트 위치 제어 기술, 배터리 수명 5배 늘렸다

조창신 포스텍 배터리공학과·화학공학과 교수. 포스텍 제공.

■ 포스텍은 조창신 배터리공학과·화학공학과 교수와 오지웅 박사과정생, 윤성훈 중앙대 융합공학부 교수 연구팀이 양극재 내부 도판트 위치 제어 기술을 통해 배터리 수명을 5배 이상 늘리는 기술을 개발했다고 5일 밝혔다. 연구 결과는 국제 학술지 '머터리얼즈 투데이(Materials Today)'에 게재됐다. 보통 배터리 수명이 단축되는 이유는 배터리 내부 원자들의 안정된 구조가 깨지면서 작은 균열이 생기고 결국 전체 구조가 손상되는 'c축 격자 왜곡' 현상 때문이다. 연구팀은 이 문제를 극복하기 위해 '유기 계면활성제'를 활용한 새로운 배터리 소재 합성법을 개발했다. 핵심은 지르코늄 이온이 양극재의 가장 작은 입자 내부까지 고르게 퍼지는 것이다. 유기 계면활성제는 마치 요리할 때 기름과 물을 잘 섞어주는 유화제처럼 잘 섞이지 않는 성분들을 균일하게 혼합시킨다. 열처리 과정에서 지르코늄 이온을 입자 속에 단단히 고정하는 역할도 한다. 연구팀은 지르코늄 이온이 배터리 결정 구조 안에서 기둥처럼 작용해 반복되는 충전과 방전에도 c축 격자 왜곡 현상이 발생하지 않도록 만드는 데 성공했다. 100번의 충전과 방전 이후에도 배터리 용량은 98.6%를 유지했다. 기존의 고니켈 무코발트 소재보다 5배 이상 수명이 길어진 수치다.

[정지영 기자 jjy2011@donga.com]