화학뉴스

국내 연구진이 LiB(리튬이온전지)의 용량을 최대 2.6배까지 늘릴 수 있는 신개념 전처리 용액을 개발했다.
한국과학기술연구원(KIST)은 에너지저장연구센터 이민아 박사, 에너지소재연구센터 홍지현 박사, 수소·연료전지연구센터 정향수 박사 공동연구팀이 LiB의 흑연·실리콘 복합 음극 제작과정에 활용할 수 있는 전처리 용액을 개발하고 기존에 비해 2.6배 이상의 용량을 갖는 음극재를 제작했다고 발표했다.
전자기기는 배터리 완충 시 충전량이 100%로 표시되지만 배터리 생산·안정화 공정에서 처음으로 충전할 때 리튬 이온의 일정량이 영구적으로 손실되기 때문에 실제로는 최대로 저장할 수 있는 에너지 가운데 10-30%가 사라진 수치인 것으로 파악되고 있다.
이에 따라 스마트폰의 사용 시간이나 전기자동차(EV)의 주행거리를 획기적으로 늘리기 위한 핵심 기술로 리튬 이온의 초기 손실을 막아내는 기술이 주목받고 있다.
연구팀은 용액 내 분자들의 상호 작용 세기를 조절하는 방식으로 전처리 용액을 개발해 차세대 음극재로 주목받는 흑연·실리콘 복합 음극을 담가 안정적으로 손실될 리튬을 공급할 수 있게 했다.
흑연·실리콘 전극을 용액에 1분 정도 담그면 에너지 저장 능력을 높이고자 전극 내 실리콘 비율을 50%까지 올려도 초기 리튬 소모 현상을 완전히 차단해 첫 충전 때 1% 이하의 리튬을 소모한 것으로 알려졌다.
개발 방식으로 제조한 전극은 250회 충·방전하는 내구성 시험 후에도 초기 용량의 87.3%를 유지하는 우수한 수명 특성을 나타냈다.
이민아 박사는 “현재 15% 이내였던 흑연·실리콘 복합 음극 내 실리콘 함량을 50% 이상으로도 올릴 수 있을 것으로 보인다”며 “전기자동차의 주행거리를 획기적으로 늘리는데 활용할 수 있을 것”이라고 강조했다.
연구 성과는 화학 분야 국제학술지 Journal of the American Chemical Society 최신호에 게재됐다. (강윤화 선임기자)