기초과학연구원(IBS)은 현택환 나노입자연구단장과 성영은 그룹리더(서울대 화학생물공학부 교수) 연구팀이 고용량, 고출력, 고안정성의 특성을 지닌 산화주석 기반의 음극재료를 개발하는 데 성공했다고 5일 밝혔다.
개발된 음극재료의 용량은 1000㎃h/g로, 현재 상용화된 흑연 소재(372㎃h/g)보다 용량이 3배에 달하고, 300회 충방전 시 3%의 용량 저하를 나타낸다. 20분 간 급속 충방전 시에는 20%의 용량이 저하되는 등 우수한 출력을 나타낸다.
연구팀은 나뭇잎 모양의 2차원 탄소나노구조물에 나노기공을 넣고, 기공 안에 산화주석(SnO2) 나노입자를 주입해 탄소 내부에 정육면체의 나노기공들이 배열되도록 함으로써 부피가 크면서도 안정성을 유지하도록 했다.
또 리튬이온 전달이 쉽고, 전도성 탄소를 이용해 전자 전달을 용이하게 한 2차원 구조는 리튬이온전지의 충방전 시간을 줄여 출력특성을 높여준다.
지금까지 리튬이온전지를 가볍게 만들기 위해 고용량의 음극 물질을 연구했지만, 충방전시 부피변화에 따른 문제가 생겨 걸림돌로 작용해 왔다.
이 연구결과는 세계적 학술지인 '미국 화학회지(JACS) 9월1일자 온라인판'에 실렸다.
성영은 그룹리더는 "이 연구는 기존에 개발하기 힘들었던 2차원 구조, 기공구조, 정렬구조를 하나의 나노 소재에 동시 구현했다는 데 의미가 있다"면서 "나노복합구조물에 산화주석 외에 다른 물질을 넣을 수 있어 다양한 조합의 고성능 음극물질을 개발하는 토대가 될 것으로 기대한다"고 말했다.대전=이준기기자 bongchu@dt.co.kr
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