화학뉴스

국내 연구진이 산소 이온 반응을 보유한 고기능 LiB(리튬이온전지) 소재를 개발했다.
포스텍 신소재공학과 강병우 교수, 통합과정 이정화씨 연구팀은 성균관대 에너지과학과 윤원섭 교수팀과 함께 리튬과 전이금속을 포함한 양이온들의 분포 형태가 전극 물질의 초기 반응 활성화와 가역적 전기화학 반응에 중요한 요인이 되는 것을 처음으로 밝혀냈다. 
이를 통해 리튬과 전이금속의 분포를 조절함으로써 산소 이온 반응을 극대화해 현시점까지 보고된 연구 중에서 가장 높은 에너지 밀도를 구현한 것으로 알려졌다. 
연구 성과는 소재 분야 국제학술지 어드밴스드 사이언스(Advanced Science)에 최근 게재됐다.
배터리는 크기를 늘리지 않으면서 전기에너지를 효율적으로 저장할 수 있도록 제조하기 위해 에너지밀도를 높이는 것이 관건인 것으로 알려졌다.
연구팀은 현재 사용되고 있는 양극재보다 더 높은 에너지밀도를 보유하는 리튬 과량(Li-rich) 양극재의 전기화학적 활성도를 극대화할 수 있는 구조적‧화학적 조건을 제시했고 현재 배터리에 많이 사용되는 고가의 코발트(Co)를 사용하지 않고도 많은 에너지를 저장할 수 있는 리튬 과량 양극재를 개발했다.
또 리튬 과량 물질에서 국부적인 구조와 리튬과 전이금속을 포함한 양이온들의 분포 형태가 초기 반응 활성화 및 가역성에 중요한 요인이 되는 것을 밝혀냈다.
연구진이 개발한 물질은 산소 이온 반응을 극대화해 양극재 중에서 가장 높은 에너지밀도인 kg당 1100Wh 이상의 가역 에너지밀도를 구현할 수 있다.
기존 리튬 과량 양극재들의 에너지밀도보다 30% 이상 증가한 수치이며 리튬 과량 물질을 사용하는 배터리에서 나타나는 전압 강하 문제를 획기적으로 안정화할 수 있음을 확인했다.
연구팀 관계자는 “차세대 고용량 물질인 리튬 과량 물질에서 리튬과 전이금속의 분포를 조절함으로써 배터리 밀도를 높일 수 있는 새로운 접근법”이라며 “기존 상용화된 양극재를 대체해 전기자동차(EV)에 적용하면 주행거리를 크게 늘릴 수 있다”고 강조했다. (K)