헬로티 서재창 기자 |
국내 연구진이 리튬 배터리의 음극 용량을 최대 2.6배까지 늘릴 수 있는 신개념 전처리 용액을 개발했다.
한국과학기술연구원(KIST)은 에너지저장연구센터 이민아 박사, 에너지소재연구센터 홍지현 박사, 수소·연료전지연구센터 정향수 박사 공동연구팀이 리튬 배터리의 흑연·실리콘 복합 음극 제작과정에 활용할 수 있는 전처리 용액을 개발해 기존 대비 2.6배 이상의 용량을 갖는 음극 소재를 제작하는 데 성공했다고 15일 밝혔다.
우리가 사용하는 전자 기기는 배터리 완충 시 배터리 충전량이 100%로 표시되지만, 이는 사실 최대로 저장할 수 있는 에너지 중 10∼30%가 사라진 수치다. 배터리의 생산·안정화 공정에서 처음으로 충전할 때 리튬 이온의 일정량이 영구적으로 손실되기 때문이다.
이 때문에 리튬 이온의 초기 손실을 막아내는 것은 스마트폰의 사용 시간이나 전기차의 주행거리를 획기적으로 늘리기 위한 핵심 기술로 평가받는다.
연구팀은 용액 내 분자들의 상호 작용 세기를 조절하는 방식으로 전처리 용액을 개발해 차세대 음극 소재로 주목받는 흑연·실리콘 복합 음극을 담가 안정적으로 손실될 리튬을 공급할 수 있게 했다.
연구팀은 "흑연·실리콘 전극을 해당 용액에 1분 정도 담그면 에너지 저장 능력을 높이고자 전극 내 실리콘 비율을 50%까지 올려도 초기 리튬 소모 현상을 완전히 차단해 첫 충전 시 1% 이하의 리튬을 소모했다"고 설명했다.
이들은 "이를 통해 개발된 전극은 250회 충·방전하는 내구성 시험 후에도 초기 용량의 87.3%를 유지하는 우수한 수명 특성을 보였다"고 강조했다.
연구팀은 "개발한 전처리 용액을 사용해 제작한 음극 소재를 사용하면 배터리 용량을 기존보다 40% 늘릴 수 있다"고 부연했다.
이 박사는 "이번 연구를 통해 현재 15% 이내에 머물던 흑연·실리콘 복합 음극 내 실리콘 함량을 50% 이상으로도 올릴 수 있을 것으로 보인다"며, "향후 전기자동차의 주행거리를 획기적으로 늘리는 데 활용할 수 있을 것"으로 기대했다.
이번 연구는 화학 분야 국제학술지 '저널 오브 디 아메리칸 케미컬 소사이어티' 최신호에 게재됐다.
