역대 최고 용량 리튬이차전지 개발

2016.02.16 18:00

조용훈 강원대 교수팀이 개발한 다공성 고용량 리튬이차전지의 모식도. - 사이언티픽리포트 제공
조용훈 강원대 교수팀이 개발한 다공성 고용량 리튬이차전지의 모식도. - 사이언티픽리포트 제공

스마트폰이나 전기차에 쓰이는 리튬이차전지의 용량을 2배로 늘리는 기술을 국내 연구진이 개발했다.

 

조용훈 강원대 교수팀은 기존 리튬이차전지보다 전기용량이 2배 큰 고용량 리튬이차전지를 개발했다고 16일 밝혔다. 이는 현재까지 구현된 리튬이차전지 중 최고 용량에 해당한다.

 

리튬이차전지는 리튬이온을 저장하고 방출하는 전극물질과 리튬이온의 이동을 돕는 전해질로 이뤄져 있다. 리튬이온의 양이 많을수록 전기용량을 늘릴 수 있다.

 

문제는 리튬이온의 양을 늘리기 어렵고, 충·방전을 반복할 경우 전극의 부피가 4배 이상 팽창해 성능이 급격히 떨어지거나 합선될 수 있다는 점이다.

 

연구팀은 물에 금속 분말을 녹인 채 얼렸다가 얼음만 제거하는 ‘프리즈 캐스팅(freeze casting)’ 기법을 이용해 부피 팽창을 막은 다공성 금속 구조체를 만들었다. 여기에 고용량 전극소재인 산화주석(SnO2)을 코팅해 에너지 밀도를 높이는 데도 성공했다.

 

이 전극을 이용한 리튬이차전지는 전기용량이 g당 750㎃h(밀리암페어아워)로 흑연 음극을 이용한 전지의 전기용량(372㎃h)보다 2배 이상 높았다. 이는 전극 1g으로 750㎃(밀리암페어)의 전류를 1시간 동안 사용할 수 있는 용량에 해당한다.

 

조 교수는 “이 기술이 휴대전화, 노트북 등 소형 전자장비의 성능을 높이고 차세대 전기자동차의 대중화를 앞당기는 데 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.

 

연구결과는 지난달 4일 ‘네이처’ 자매지인 ‘사이언티픽 리포트’에 실렸다.

 

 

구리의 분말을 물에 분산시킨 후 냉각해 만든 얼음으로 본을 뜨는 ‘프리즈 캐스팅’ 방법. 얼음기둥과 결정체 사이에 금속(구리) 분말을 가뒀다가 얼음을 제거해 다공성 구조체를 얻고, 이후 활물질로서 산화주석을 겔 형태로 제조해 코팅했다. - 사이언티픽리포트 제공
구리 분말을 물에 분산시킨 뒤 냉각시켜 얼음으로 본을 뜨는 ‘프리즈 캐스팅’ 방법. 얼음기둥과 결정체 사이에 금속(구리) 분말을 가뒀다가 얼음을 제거해 다공성 구조체를 만들고, 이후 산화주석을 겔 형태로 제조해 코팅했다. - 사이언티픽 리포트 제공

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