고용량 이차전지 전극소재 신합성법 개발…성능 40% 향상

이화여대 황성주 교수 "금속산화물 합성법 경제성 향상…전기차 상용화 기여"

국내 연구진이 전기자동차용 전지로 사용되는고용량 리튬 이온전지 등 전기에너지 저장장치의 성능을 40% 높일 수 있는 새로운전극소재 합성 기술을 개발했다.

이화여대 화학·나노과학전공 황성주 교수 연구팀은 16일 리튬 이온전지의 전극소재인 흑연을 대체할 물질로 주목받는 리튬티타늄산화물의 전기전도성을 획기적으로 높여 전지 성능을 40% 높일 수 있는 전극소재 합성기술을 개발했다고 밝혔다.

한국연구재단 기초연구지원사업 지원으로 수행된 이 연구 결과는 재료과학 분야국제학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈'(Advanced Functional Materials, 8월 18일자) 온라인판에 게재됐다.

리튬이온전지는 소형 전자제품에서 전기자동차에 이르기까지 널리 사용되고 있으나 전극소재인 흑연의 안정성이 떨어져 전기자동차용 등 고용량, 고출력 전지에서는 내구성이 뛰어난 리튬티타늄산화물이 흑연 대체 소재로 주목받고 있다.

그러나 리튬티타늄산화물은 낮은 전기전도도 때문에 충전을 빠르게 하면 방전용량이 급격히 줄어드는 문제가 있어 전기전도도를 높이는 것이 과제가 되고 있다.

황 교수팀은 이 연구에서 리튬티타늄산화물을 소량의 아황화탄소(CS₂)를 함유한 기체에서 고온으로 가열하는 방법으로 전기전도도가 높은 리튬티타늄황화물-리튬티타늄산화물 나노복합체 개발했다.

리튬티타늄황화물-리튬티타늄산화물 나노복합체를 전극소재로 사용한 리튬이온전지는 기존 리튬티타늄산화물 전극을 사용한 것보다 방전용량이 40% 증가한 것으로확인됐다.

연구진은 이 합성방법은 전극 소재의 전기 전도성을 높이는 방법으로 최근 주목받는 그래핀 첨가방식 등과 비교해 비용이 거의 들지 않기 때문에 전극소재 생산비용도 절감할 수 있고 더 친환경적이라고 설명했다.

황성주 교수는 "이 기술은 리튬 이온전지 외에도 나트륨 이온전지, 금속-황 전지, 금속-공기 전지, 연료전지, 고용량 축전지 등 차세대 에너지 저장장치로 거론되는 기술의 고용량·고출력화를 위한 연구 기반을 마련했다는 데 의의가 있다"고 말했다.

그는 또 "이 기술은 리튬 이온전지의 상용화된 전극 소재인 리튬티타늄산화물의전극 성능을 개선한 단일단계 합성기술로 공정화가 매우 용이해 1년 이내 실용화가가능할 것으로 판단한다"고 덧붙였다.

scitech@yna.co.kr(끝)<저 작 권 자(c)연 합 뉴 스. 무 단 전 재-재 배 포 금 지.>