화학뉴스

국내 연구진이 충전 중 LiB(리튬이온전지) 내부 소재의 실시간 관찰에 성공했다.
한국과학기술연구원(KIST)는 연구자원·데이터지원본부 안재평 본부장과 특성분석·데이터센터 김홍규 박사 연구팀은 충전 중인 LiB 내부 음극재가 팽창되는 과정을 실시간으로 관찰했고 연구 결과가 배터리 분야 국제학술지 ACS Energy Letters 최신호에 게재된 것으로 알려졌다.
LiB는 충전할 때 리튬이온이 음극으로 이동하고 방전될 때 양극으로 이동하며 성능과 수명이 충·방전 과정에서 발생하는 내부 전극 물질의 다양한 변화로부터 영향받는 것으로 알려져 있으나 실제 어떻게 작용하는지는 직접 관찰이 어렵다고 평가됐다.
KIST 연구팀은 자체적으로 구축한 배터리 분석 플랫폼을 활용해 충전 중인 LiB에서 리튬이온이 실리콘(Silicone)-흑연 음극 복합체로 이동하는 과정을 관찰했고 흑연과 실리콘 사이의 나노 기공이 가지는 역할을 규명하려 시도했다.
기공은 배터리를 충전할 때 실리콘의 부피팽창을 완화해 주는 것으로 알려져 있으나 실제 관찰로 증명된 바 없기 때문이다.
연구팀은 기공 크기가 마이크로 단위일 때는 실리콘의 부피팽창을 완화하는 것이 맞으나 나노 단위일 때는 실리콘 입자보다 먼저 리튬이온을 저장하는 역할을 한다는 점을 규명하고 음극재를 설계할 때 마이크로, 나노 크기의 기공들을 적절히 분배하는 방법을 도입할 필요가 있다는 결론을 내렸다.
KIST 안재평 본부장은 “KIST의 배터리 분석 플랫폼은 배터리의 구조변화 관찰을 가능케 함으로써 소재 연구에 새로운 지평을 열었다”며 “대기 노출에 영향을 받지 않는 배터리 소재의 구조변화 관찰을 통해 배터리 소재 설계 혁신에 필요한 추가연구를 이어갈 계획”이라고 강조했다.
연구는 과학기술정보통신부 지원을 받았으며 한국연구재단 나노소재원천기술개발사업과 국가과학기술연구회 창의형융합연구사업으로 수행됐다. (K)