리튬이온배터리 용량 3배 늘리는 기술 개발

[백나영기자] 국내 연구진이 노트북, 스마트폰 등 IT기기에 주로 사용되는 리튬이온배터리 용량을 기존의 3배로 늘리는 기술을 개발했다.

국제과학비즈니스벨트 핵심 연구기관인 기초과학연구원(IBS)의 현택환 단장(서울대 화학생물공학부 중견석좌교수)은 리튬이온배터리, 태양전지와 같은 에너지 소자의 성능을 획기적으로 개선할 수 있는 '산화물 나노입자의 갈바닉 부식 작용기전'을 규명했다고 24일 발표했다.

현택환 연구단은 금속에만 적용되던 갈바닉(Galvanic) 부식원리를 금속산화물 나노입자에 역으로 적용해 리튬이온전지 음극의 용량을 최대 3배까지 향상시켰다고 24일 발표했다.

갈바닉 교환 반응은 금속이 부식되는 작용기전 중 하나로, 금속 나노재료의 성능을 획기적으로 개선하는 쉽고 간단한 방법이다. 갈바닉 교환반응을 이용하면 여러 가지 금속이 섞여있으면서도 다공질인 독특한 구조를 만들 수 있다.

연구진은 금속 갈바닉 부식원리를 반대로 적용해 산화망간 나노입자와 철 과염소산염 수용액과의 반응으로 산화철·산화망간 이종접합구조를 생성시켰다. 이후 철 과염소산염의 농도를 증가시키면 따라 속이 텅 빈 산화철 나노새장(nanocage)으로 변환시켰다.

이렇게 생성된 속이 빈 구조의 나노새장은 에너지 저장능력을 획기적으로 증가시키는 것으로 리튬이온전지 실험에서 확인됐다. 산화철과 산화망간 이종접합 나노구조를 리튬이온전지의 음극으로 사용했을 때 흑연을 음극으로 사용하는 것보다 최대 3배의 높은 용량을 보였으며 수많은 충·방전 이후에도 성능저하도 0.5% 미만으로 거의 없었다.

이번 연구 결과는 세계 최고 권위 학술지인 '사이언스' 5월 24일 본지에 게재됐다.