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| 3D 다공성 전극을 제조하기 위한 프리즈 캐스팅과 졸-겔 합성의 모식도.© News1 |
친환경 용매 '물'로 얻은 금속전극을 이용, 리튬이차전지*의 용량을 향상시킨 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.
한국연구재단은 16일 강원대 조용훈 교수, 성균관대 엄지현 박사 연구팀이 물을 얼려 얻은 다공성 금속 구조체에 고용량 전극소재를 코팅, 리튬이차전지의 일체형 전극을 확보했다고 밝혔다.
이를 통해 기존 흑연 음극의 단위질량당 전하량 372mAh/g에 비해 2배 향상된 750mAh/g의 용량을 얻는데 성공했다.
최근 화석연료를 대체할 수 있는 청정에너지 개발 사업에 대한 관심이 증가하면서 에너지 저장장치인 리튬이차전지의 소형화, 경량화, 고성능화가 요구되고 있는 추세다.
그러나 기존 고용량 배터리는 충·방전 시 많은 리튬 이온을 저장하기 어렵고, 최대 4배에 달하는 전극의 부피팽창으로 인해 전기적 합선과 급격한 성능 저하 등의 한계가 있었다
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| 산화주석이 코팅된 3D 구리 다공성 전극..© News1 |
특히 고성능 리튬이차전지 개발을 위해서는 고용량 소재를 다공성 구조이면서, 동시에 에너지 밀도를 높일 수 있도록 빽빽하면서 조밀한 구조로 디자인해야 한다.
이에 연구팀은 물에 녹인 금속 분말을 얼렸다가 얼음만 제거, 다공성 금속 구조체를 얻는 방식인 '프리즈 캐스팅' 법을 활용해 고용량 전극 소재를 새롭게 개발해냈다.
연구팀은 실험을 통해 50회 이상 충·방전 후에도 용량이 감소하지 않고, g당 750mAh 이상의 안정적인 배터리 수명능력을 확인했다.
조 교수는 "차세대 전기자동차의 대중화를 앞당길 수 있을 뿐만 아니라 휴대폰, 노트북 등 소형 정보통신 장비의 전원장치로도 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.
연구 결과는 세계적인 학술지 '네이처(Nature)' 자매지 '사이언티픽 리포트(Scientific Reports)' 1월4일자 온라인 판에 게재됐다.
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| 강원대 조용훈 교수(왼쪽), 성균관대 엄지현 박사.© News1 |
* 리튬이차전지: 리튬이온을 저장 및 방출할 수 있는 전극물질과 리튬이온의 이동을 돕는 전해질로 구성돼 충전과 방전의 반복 등 재사용이 가능한 전지.
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