다공성 금속구조체 전극으로 리튬전지 용량 2배 향상

강원대 조용훈 교수 "리튬전지 대용량화…전기자동차 대중화 기여 기대"

국내 연구진이 다공성 금속 구조체에 전극소재를 코팅한 일체형 전극으로 리튬이차전지의 충전용량을 2배 이상 높이는 데 성공했다.

강원대 에너지공학부 조용훈 교수팀은 16일 물에 구리 가루를 분산시킨 뒤 얼렸다가 얼음만 제거해 다공성 구리 구조체를 얻는 '프리즈 캐스팅' 법으로 리튬이차전지의 충전용량을 2배 이상 높일 수 있는 고용량 전극 소재를 개발했다고 밝혔다.

휴대전화에서 노트북, 전기자동차까지 널리 사용되는 리튬이차전지는 충·방전시 많은 리튬이온을 저장하기 어렵고 전극 부피가 4배 이상 팽창해 성능이 급격히떨어지는 등의 단점이 있다.

리튬이차전지의 충전용량을 높이려면 고용량 소재에 구멍이 많은 다공성 구조이면서 동시에 에너지 밀도를 높일 수 있도록 조밀한 구조인 전극이 필요하다.

연구진은 구리 분말을 물에 분산시킨 다음 냉각해 성장하는 얼음이 형판 기능을하게 하는 '프리즈 캐스팅' 방법으로 다공성 구리 구조체를 만들고 여기에 산화주석(SnO₂)을 코팅해 리튬이차전지용 일체형 전극을 개발했다.

이 전극을 이용한 리튬이차전지는 충전용량이 기존 흑연음극을 사용했을 때(372㎃h/ｇ)보다 2배 이상 큰 750㎃h/ｇ를 기록했고, 50회 이상 충·방전한 후에도 용량이 전혀 떨어지지 않을 정도로 전극 안정성도 우수한 것으로 확인됐다.

조용훈 교수는 "이 연구 성과는 리튬이차전지의 고용량 전극 소재 기술 확보를통해 차세대 전기자동차의 대중화를 앞당기는 데 기여하고 휴대전화나 노트북 등 소형 정보통신 기기의 전원장치로도 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.

한국연구재단 이공분야기초연구사업 지원으로 수행된 이 연구 결과는 국제학술지 '사이언티픽 리포트'(Scientific Reports, 1월 4일자) 온라인판에 게재됐다.

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