배터리 수명 늘릴 새 전극 소재 개발

포스텍과 한국과학기술원(KAIST) 연구진이 전기자동차 등에 탑재되는 배터리의 수명을 늘릴 수 있는 새로운 소재를 개발했다. 11일 포스텍에 따르면 박수진 포스텍 화학공학과 교수, 김일두 KAIST 신소재공학과 교수 공동연구팀은 배터리 음극 소재로 활용할 수 있는 일차원 구조의 불규칙 배열을 가진 이중금속을 개발했다.

스마트폰·전기차에 탑재되는 배터리는 주로 리튬이온 전지로 흑연을 음극 소재로 사용한다. 이 음극재는 배터리의 수명을 책임진다. 충전·방전이 반복되면 음극 부피가 바뀌고 배터리 수명도 줄어든다. 그 대안으로 실리콘·게르마늄을 활용한 음극 소재가 개발되긴 했지만 전기전도도가 낮고 출력이 낮아 전기자동차 등 큰 전지엔 적용할 수 없었다.

연구팀은 ‘원자 단위’로 눈을 돌렸다. 2종류 이상 금속이 열반응을 거치면 특정 비율의 합금이 생겨나는데, 게르마늄과 아연을 열반응시켜 특정 비율이 아닌 원자 단위로 불규칙적 배열의 합금을 만들었다. 이 합금을 일차원적 구조로 합성시켜 리튬이온 전지에 적용했다. 연구팀의 전자현미경 관찰 결과에 따르면 이 일차원적 구조가 게르마늄 물질의 문제점인 부피 팽창을 완화시켰다. 특히 아연이 게르마늄 원자 사이사이에 들어가 전자의 이동 속도를 빠르게 해 출력을 높이는 역할을 한다는 사실도 밝혀냈다. 박수진 포스텍 교수는 “단순한 금속 간 불규칙적 배열을 통해 전기화학적 특성을 더욱 높인 새로운 형태의 소재를 제안한 연구”라며 “다양한 금속 조합을 통해 각 전지 목적에 맞는 전극 소재의 개발 가능성을 열었다는 데 의미가 있다”고 말했다.

포항=김기태기자 ktk@yeongnam.com

김기태 기자

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