이준우 포스텍 교수팀 개발 성공
에너지전극 소재 성능 향상 기대
에너지전극 소재 성능 향상 기대
포항공과대학교(포스텍) 화학공학과 이준우 교수(사진)팀은 합성방법의 어려움으로 활용되지 못했던 계층형 다공성 구조의 무기소재를 간단하게 합성하는 방법을 개발해 이를 리튬이온 전지 전극 소재로 만드는데 성공했다고 15일 밝혔다.
물질 속 기공은 크기에 따라 2나노미터(㎚·10억 분의 1m) 이하의 '마이크로 기공'과 2∼50㎚ 크기의 '메조 기공', 50㎚ 이상의 '마이크로 기공'으로 나뉜다. 계층형 다공구조란 이런 다른 크기의 기공을 다 개 이상 포함하는 구조를 말한다. 이 구조는 표면적이 넓고 물질을 전달하는 성능도 뛰어나 2차 전지 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대를 모았으나, 기동을 동시에 조절하는 데 복잡한 방법을 거쳐야 하고 오랜 기간이 걸려 대량 생산이 어렵다는 단점이 있었다.
연구팀은 용매가 증발하는 조건을 조절해 간단하게 계층형 다공구조 물질을 합성하는 데 성공했다. 이 소재는 전극 내 전해액 침투성을 높여 리튬이온이 더 쉽게 전달할 수 있으며, 산화·환원 반응을 위한 표면적이 넓어 충전 속도를 높일 수 있다. 연구팀이 이를 리튬이온 2차전지에 적용한 결과, 6분 만에 최대 75%를 충전할 수 있는 것으로 나타났다. 특히 이 기술은 이번에 이용된 티타늄 니오비윰 산화물뿐만 아니라 텅스텐이나 티타늄계 산화물 등 다양한 무기소재에 적용할 수 있다는 장점이 있다.
이진우 교수는 "계층형 다공성 무기소재는 에너지 전극 소재로 많은 장점이 있었지만 복잡한 합성법으로 빛을 발하지 못한 소재였다"며 "앞으로 추가 연구를 통해 리튬이온 전지뿐만 아니라 다양한 에너지 전극 소재의 성능을 높일 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다. 이번 연구결과는 소재분야 국제 학술지 '어드밴스드 머터리얼스'에 발표됐다.
남도영기자 namdo0@dt.co.kr
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