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국내 연구진이 리튬이온전지의 안정성과 성능을 높일 수 있는 원천기술을 개발했다. 

한국연구재단은 윤원섭 성균관대 에너지과학과 교수와 박민식 경희대 정보전자신소재공학과 교수 연구팀이 리튬이온전지에 과량의 리튬을 안정적으로 제공할 수 있는 희생양극소재 개발에 성공했다고 14일 밝혔다. 희생양극소재는 풍부한 양의 리튬이온을 제공해 음극 소재에 의한 리튬이온 손실을 효과적으로 보상할 수 있게 하는 소재다. 

고용량 리튬이온전지의 상용화를 위해서는 실리콘 기반 음극소재 적용이 필수다. 하지만 실리콘 기반 음극소재는 초기 충전과정에서 SEI(solid electrolyte interface) 층이 형성되면서 다량의 리튬이온이 소모돼 전지 성능을 저하시키는 문제가 있었다. 

연구자들은 풍부한 양의 리튬을 제공할 수 있는 희생양극소재를 해결방안으로 제시하고 있는데, 이 소재 역시 충전과정에서 발생하는 다량의 산소 가스가 리튬이온전지 셀 성능에 안 좋은 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 

연구팀은 희생양극소재 초기 충전 과정에서 다량의 산소 가스 발생을 억제해 리튬을 안정적으로 제공할 수 있는 기술을 개발했다. 희생양극소재에 적합하지 않은 것으로 알려졌던 ‘Li6CoO4′에 철을 치환하는 방식으로 산소 가스 발생을 억제하는 데 성공했다. 

연구팀은 “그동안 명확하게 규명되지 않았던 희생양극소재의 결정구조 변화와 전하 보상 반응기구의 심층적인 이해를 제공할 수 있었다”며 “희생양극소재를 적용한 고성능 리튬이온전지 설계에 대한 가이드라인을 제시할 수 있을 것으로 전망된다”고 말했다. 

이번 연구 성과는 국제학술지 어드밴스드 에너지 머티리얼즈(Advanced Energy Materials)에 지난 11월 10일 게재됐고, 표지논문에 선정됐다. 

참고자료 

Advanced Energy Materials, DOI : https://doi.org/10.1002/aenm.202302316 

출처 : 사이언스조선(https://biz.chosun.com/science-chosun/)