전기차용 이차전지 내 리튬이온 이동과정 실시간 관측 성공

전기차용 이차전지 내 리튬이온 이동과정 실시간 관측 성공

IBS·군산대 연구팀 "차세대 이차전지 개발에 기여"

(대전=연합뉴스) 박주영 기자 = 국내 연구진이 전기자동차 등에 쓰이는 이차전지 내 리튬이온의 이동 과정을 밝혀냈다.


차세대 이차전지 개발에 기여할 것으로 기대된다.

기초과학연구원(IBS) 분자 분광학 및 동력학 연구단(단장 조민행)과 군산대 화학과(이경구 교수) 공동연구팀은 리튬이온 이차전지 전해질 안에서 리튬이온이 이동하는 과정을 실시간으로 관측하는 데 성공했다고 27일 밝혔다.

리튬 이차전지는 크게 음극(흑연), 양극(리튬코발트산화물), 전해질 등으로 구성돼 있다. 리튬이온이 전해질 내에서 음극과 양극 사이를 이동하며 전류를 흘려주는 방식으로 작동한다.

고성능의 전해질을 개발하기 위해 분광학·계산화학 등을 이용해 전해질을 관찰하는 연구가 활발히 진행되고 있지만, 정적인 속성만을 알 수 있을 뿐 동적인 분석은 어려웠다.

연구팀은 펨토초(1천조분의 1초) 레이저를 조사(照射)할 수 있는 적외선 분광기를 이용해 리튬이온의 움직임을 파악하는 데 성공했다.

전해질 내 리튬이온과 전해질 용매들의 움직임을 측정한 결과, 리튬이온을 둘러싼 용매들이 계속 자리를 바꾸며 활발히 움직이는 것으로 나타났다.

기존에는 리튬이온과 용매 간 강한 상호작용으로 리튬이온이 이동하면 용매가 고정된 채 큰 덩어리 상태로 움직이는 것으로 알려졌다.

연구팀은 용매가 리튬이온 주변으로 모여들어 안으로 침투하는 모습과 용매가 리튬이온 주변을 벗어나는 모습을 피코초(1조분의 1초) 수준에서 관측했다.

조민행 단장은 "리튬이온을 둘러싼 용매들이 끊임없이 재구조화되는 것으로 나타나 기존 이론의 수정이 불가피해졌다"며 "후속 연구를 통해 전해질 내에서의 이온 움직임에 관한 새로운 이론을 정립할 것"이라고 말했다.


이번 연구 성과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'(Nature Communications) 지난 9일 자에 실렸다.

jyoung@yna.co.kr

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