화학뉴스

국내 연구진이 적린과 카본 코팅으로 배터리 충전 효율 및 안정성을 높인 흑연 음극재를 개발했다.
울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 이현욱 교수팀은 기화-응결 방법을 이용해 적린과 카본이 코팅된 다공성 흑연 음극재인 흑연-인 복합체 개발에 성공했다.
연구팀이 개발한 복합체는 적린과 카본 코팅층의 이점을 이용해 흑연 표면에 생성되는 전자와 리튬 이온의 전도도를 높이며 배터리 고속 충전 시 전극 표면에만 집중되던 리튬 이온을 확산시켜 충전을 균일하게 만들 수 있다.
또 배터리에 문제를 일으키는 수지상 형성을 억제해 안정성까지 향상 가능할 것으로 기대되고 있다.
연구팀은 적린의 낮은 끓는점을 활용해 인 성분을 흑연 표면에 균일하게 증착시키고 원유를 분리할 때 생기는 잔류물인 석유계 피치를 추가로 코팅해 적린의 부반응이 제어된 흑연-인 복합체를 완성했다.
인 성분 증착 시에는 석영관을 녹여 흑연과 적린을 밀폐시킨 후 끓는점 이상으로 온도를 가해 적린이 기화되며 기화된 적린이 흑연을 균일하게 감싸도록 한 후 온도를 내린 것으로 알려졌다.
연구팀이 실시간 광학현미경과 이미지 프로세싱으로 분석한 결과 흑연은 충전에 따라 색상이 변화하나 복합체는 색상 분포가 깊이별로 균일해지고, 특히 고속 충전 시 수지상 형성 없이 안정적으로 충전이 이루어진 것으로 확인됐다.
1000사이클 이상 장기 고속 충·방전 테스트에서는 94.4%의 용량을 유지했으며 99.8%의 쿨롱 효율(배터리 충·방전 시 충전 대비 방전 용량의 비율)을 보여 높은 내구성을 나타냈다.
이현욱 교수는 “흑연의 에너지밀도와 고속 충전을 위한 연구는 흑연계 음극재 시장의 핵심 인자”라며 “저렴한 적린과 카본을 코팅한 흑연 음극재 개발이 배터리 시장에서 필요로 하는 부분을 충족시킬 수 있을 것”이라고 강조했다.
연구 결과는 국제 학술지 ACS 에너지 레터스(ACS Energy Letters) 8월29일 온라인으로 게재됐고 연구는 UNIST 미래선도형 특성화사업, 과학기술정보통신부·한국연구재단 신진연구사업의 지원을 받았다. (K)