관리자 2018-07-10
연합뉴스 2012-02-07 13:56
선양국 교수팀, 이중구조 양극 소재 개발
(서울=연합뉴스) 이주연 기자 = 국내 연구진이 리튬2차전지(충전지)의 성능을 좌우하는 양(+)극 소재를 내·외부층을 가진 이중구조(Double Structure)로 만들어 안전성과 용량을 크게 개선했다.
교육과학기술부는 한양대 선양국 교수가 주도하고 오승민 박사과정 학생이 참여한 연구팀이 겉은 리튬인산철(LiFePO4), 속은 인산망간리튬(LiMnPO4)로 된 이중구조의 독창적 2차전지 양극 소재를 개발했다고 7일 밝혔다.
리튬2차전지는 외부전원으로 충전해 쓸 수 있어 반영구적이다. 휴대전화·노트북컴퓨터와 같은 소형전지에 널리 쓰이는데, 최근엔 하이브리드 전기자동차·에너지 저장장치 등에 중대형전지로 용도가 확대되고 있다.
전지는 양극·음극·전해질로 구성된다. 그 중 양극의 소재에 따라 성능이 결정된다. 양극 소재는 저렴하면서도 폭발 우려가 없고, 에너지밀도가 높아 용량이 크며, 수명이 길어 오래 쓸 수 있어야 한다.
연구진은 양극 소재로 가격이 저렴하면서도 열적 안정성이 뛰어난 철이나 망간에 주목했다.
특히 철은 폭발 위험 없이 매우 안전하고, 망간을 소재로 하면 철보다 오래 쓸 수 있다는 장점이 있다.
두 소재의 이런 장점을 살리기 위해 연구진은 양극을 공 모양으로 만들고 그 안을 인산망간리튬으로 채운 뒤 표면에 리튬인산철 소재를 입혔다.
연구진은 또 이 이중구조의 양극 소재가 빨리 충전돼 높은 성능을 낼 수 있도록 양극 내부에 나노미터(㎚·10억분의 1ｍ)급 크기의 작은 구멍(pore)을 만들고 그 사이로 전해질이 들어가도록 했다.
<이중구조 소재의 개념도>
내부 코어에 에너지 밀도가 높은 리튬인산망간을 넣고,
외부에는 안전성이 높은 리튬인산철로 층을 형성해 두 장점을 동시에 갖게 했다.
연구팀은 에너지 밀도가 높은 마이크론 크기를 선택하면서도
소재의 전도도를 높이기 위해 내부에 나노 크기의 공극(pore)를 만들었다.
그 결과 이 양극을 사용한 2차전지의 에너지 밀도가 현재 상용화된 소재보다 1.2배 높고, 열적 안전성(폭발 안전성)은 500배 높은 것으로 확인됐다.
선양국 교수는 ";전지의 충전 속도는 리튬이온(양이온)의 이동 속도에 비례하는데, 구멍을 통해 리튬이온이 전해질을 빨리 만나 빠지도록 한 것";이라고 설명했다.
이번 연구성과는 화학분야 권위지 ';앙게반테 케미 국제판(Angewandte Chemie International Edition)'; 지난달 17일자에 실렸다.
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http://news.naver.com/main/read.nhn?mode=LPOD&mid=etc&oid=001&aid=0005500671
