이진우 교수 연구팀
용매 증발 조건 조절
고출력·고용량 전극소재
포스텍(총장 김도연) 연구팀이 리튬이온 전지 등 에너지 전극 소재 성능을 크게 향상시킬 수 있는 전극 소재를 개발했다.
14일 포스텍에 따르면 화학공학과 이진우 교수·조장신 박사후연구원 팀이 합성이 어려워 잘 활용되지 않았던 계층형 다공성 구조의 무기소재를 간단하게 합성하고, 이를 리튬이온 2차전지에 활용할 수 있는 전극소재를 개발하는 데 성공했다.
이 연구 결과는 소재분야 세계적 권위지 `어드밴스드 머터리얼스(Advanced Materials)`지를 통해 발표됐으며, 리튬이온 2차전지에 적용할 때 단 6분 만에 최대의 75%를 충전시킬 수 있는 성능을 보였다.
물질 속 기공은 그 크기에 따라 마이크로 기공(<2nm), 메조 기공(2~50nm), 매크로 기공(>50nm)으로 나뉘는데, 계층형 다공구조란 이런 다른 크기의 기공을 두 개 이상 포함하는 구조를 의미한다.
표면적이 넓고 물질을 전달하는 성능도 뛰어나 특히 2차전지 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대를 모았다.
하지만 소재의 기공을 동시에 조절하려면 복잡한 방법을 거쳐야 하고, 그에 따라 오랜 시간이 소요돼 대량으로 생산하기 어렵다는 단점이 있었다.
연구팀은 용매가 증발하는 조건을 조절해 블록공중합체와 상분리가 동시에 일어나도록 했고 아주 간단하게 이 물질을 합성해내는 데 성공했다.
이 기술은 이번에 이용된 티타늄 니오비윰 산화물뿐만 아니라 텅스텐이나 티타늄계 산화물 등 다양한 무기 소재에 적용할 수 있다는 장점을 가지고 있다.
연구팀이 합성해낸 이 소재는 전극 내 전해액 침투성을 높여 리튬이온이 더 쉽게 전달되도록 했으며, 산화·환원 반응을 위한 표면적이 넓어져 충전 속도를 획기적으로 높였다.
이진우 교수는 “계층형 다공성 무기소재는 에너지 전극소재로 많은 장점이 있었지만 복잡한 합성법으로 빛을 발하지 못한 소재였다”며 “앞으로 추가연구를 통해 리튬이온 2차전지뿐만 아니라 다양한 에너지 전극 소재 성능을 향상시킬 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.
한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부의 중견연구자지원사업과 기초연구실 사업을 통해 수행됐다.
/고세리기자
manutd20@kbmaeil.com
