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[2013.05.24] 흑연 대신 산화물 활용 리튬이온전지 용량 3배 향상 기술 개발

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작성일 13-05-25 00:00

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현택환 IBS 단장 연구진…고성능 배터리 개발 길 열어

속이 빈 구조를 지닌 리튬이온전지의 용량을 기존보다 3배 늘리는 기술을 개발하는 데 응용될 수 있는 연구 결과가 나왔다. 이는 통상 전지에서 음극으로 이용되는 흑연 대신 산화물을 활용, 속이 빈 산화물 나노입자의 합성을 통해 고성능 배터리를 개발할 수 있는 길을 열었다는 점에서 의미가 있다는 것이 관련 학계의 평가다.

현택환<사진> 기초과학연구원(IBS) 나노입자연구단장(서울대 화학생물공학부 중견석좌교수)과 연구단의 오명환 선임연구원 등 연구진은 ‘금속 산화물 나노입자에서의 갈바닉 교환반응’(Galvanic Replacement Reactions in Metal Oxide Nanocrystals)이라는 논문을 세계 권위 과학 잡지 ‘사이언스’에 24일 게재했다.

연구진은 자체 개발한 산화철-산화망간 이종접합 나노구조를 리튬이온전지의 음극으로 사용할 경우 흑연을 음극으로 사용하는 통상적인 전지에 비해 최대 3배로 높은 용량을 보였으며, 수많은 충·방전 이후에도 성능저하가 0.5% 미만으로 거의 없었다고 밝혔다.

연구진은 산화망간 나노입자와 철 과염소산염 수용액을 반응시켜 산화철-산화망간 이종접합 구조를 만들었으며, 철 과염소산염의 농도를 증가시키면 속이 텅 빈 구조로 된 산화철 ‘나노새장’(nanocage)을 만들 수 있음을 보였다. 연구 결과를 이용하면 리튬이온배터리나 태양전지 등 에너지 소자의 성능을 획기적으로 개선할 수 있다고 연구진은 설명했다.

현 단장은 “전위 금속 산화물은 상용화된 흑연보다 이론적으로 큰 용량을 발현할 수 있어 차세대 음극 재료로 주목 받아왔지만 배터리 충ㆍ방전 시 물질의 부피 변화가 커 장기적 성능 저하가 큰 문제였다”며 “속이 빈 산화물 나노입자의 합성을 통해 고성능 배터리를 개발할 수 있는 길을 열었다는 점에서 의미가 있다”고 말했다.

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