고민성 부경대 교수, 전기차 고에너지 밀도 음극 소재 개발

전기자동차 등에 사용되는 리튬이온전지의 용량과 충전 속도를 대폭 높이는 차세대 음극 소재가 개발됐다.

부경대는 금속공학과 고민성 교수(사진)가 최근 울산과학기술원(UNIST) 조재필 교수팀과 공동으로 낸 논문 '고에너지 밀도 및 고속 충.방전이 가능한 가장자리 활성화 흑연.실리콘 복합체'가 세계적인 학술지 '네이처'의 자매지인 '네이처 커뮤니케이션스' 온라인판에 게재됐다고 17일 밝혔다.

고 교수는 이 논문을 통해 기존 리튬이온전지의 음극 소재로 사용되는 흑연보다 충전 속도는 1.5배 빠르고 용량은 50% 많은 '가장자리 활성화 흑연.실리콘 복합체'를 개발했다.

흑연은 이론적으로 사용 가능한 용량이 낮아 높은 에너지 밀도를 구현할 수 없고, 빠른 속도로 충전할 경우 성능과 안전성이 떨어지는 문제가 있었다.

고 교수는 이번 연구에서 니켈 촉매환원법으로 흑연의 가장자리를 활성화, 고속충전 특성을 크게 향상시켰다.

또 모노 실레인 화학기상 증착법으로 흑연 안팎을 수㎚(1㎚는 10억분의 1m) 두께의 비정질 실리콘으로 균일하게 코팅해 에너지 밀도를 극대화하고, 흑연질탄소 보호막 코팅으로 전지의 안정성까지 높이는 등 원천기술을 확보했다.

이렇게 개발된 가장자리 활성화 흑연.실리콘 복합체는 배터리 충.방전 시 리튬이온과의 반응 속도는 크게 높이고, 전자 전달과 리튬이온의 이동거리는 감소시켜 배터리의 고속충전 특성을 크게 증가시키는 것으로 나타났다.

고 교수는 "이번에 개발된 음극 소재는 앞으로 전기자동차는 물론 중대형 에너지저장장치 등에 다양하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.

[e-mail] 강수련 기자