전기차 배터리 저장용량·충전속도 두 마리 토끼 다잡는다
국내 연구진이 전기차 배터리 용량을 늘리고 충전속도를 빠르게 할 수 있는 배터리 음극 소재인 ‘실리콘’을 실용화할 수 있는 기술을 개발했다.
포스텍은 박수진 화학과 교수 연구팀이 유자형 울산과학기술원(UNIST) 교수 연구팀과 공동연구를 통해 음극 소재를 용매에 분산시키고 극판에 접착시키는 ‘천연 고분자 바인더’를 개발했다고 6일 밝혔다.
실리콘은 전기차용 배터리의 기존 음극 소재인 흑연보다 배터리 용량과 충전 속도를 높일 수 있지만 전기 전도도가 낮고 충방전시 부피가 3배 이상 팽창해 물질 간 연결이 깨진다는 문제가 있었다. 분자와 분자간 공유결합이나 이온결합처럼 완전한 화학 결합이 형성되는 ‘가교’를 위해선 100도 이상 고온의 열처리가 필요했다.
공동 연구팀은 실리콘 전극의 구조적 안정성을 높이고 이온 전도도 향상을 위해 천연 고분자와 결합가능한 붕산과 폴리에틸렌옥사이드 기반의 가교제 개발에 성공했다.
연구팀이 개발한 가교제는 전체 전극의 1% 중량만으로 천연 고분자와의 가교를 통해 실리콘 전극의 성능을 높이고 수명을 4배 이상 늘릴 수 있다. 상온에서 가교가 가능하기 때문에 고온 열처리가 필요없는 것도 장점이다.
연구논문의 1저자인 류재건 포스텍 박사는 “실리콘 전극의 전기화학적 특성을 크게 향상시킬 수 있는 가교제를 개발한 것”이라고 말했다. 박수진 교수는 “가교제와 결합한 천연 고분자 바인더는 강한 결합력, 빠른 리튬 이온 전달 특성이 있어 두꺼운 실리콘 전극에 안정적으로 적용된다”며 “고속충전이 가능한 고용량 이차전지가 필요한 전기차 산업에 기여할 것으로 기대된다”고 말했다. 연구성과는 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)’에 게재됐다.
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