화학뉴스

국내 연구진이 차세대 LiB(리튬이온전지)용 음극 소재를 개발했다.
경상국립대학교 화학과 최재원 교수팀은 한국과학기술연구원(KIST) 전북분원 복합소재기술연구소 조세연 선임연구원과 공동 연구를 통해 높은 용량과 고속 충·방전 성능이 뛰어난 차세대 LiB용 음극 신소재를 개발한 것으로 알려졌다. 
최재원 교수 연구팀은 기존 음극 소재의 한계를 극복하기 위해 코발트(II) 및 아연(II) 기반 핀서(Pincer) 복합체를 활용한 독특한 리튬 저장 메커니즘을 규명했다.
특히, 아연 기반 복합체 음극은 그램당 2.0A의 전류 밀도에서 200회 이상의 충·방전 사이클 동안 1720mAh의 높은 방전 용량을 유지했다.
신소재는 우수한 안정성 뿐만 아니라 높은 전류 밀도에서도 뛰어난 사이클 성능을 발휘해 차세대 배터리 음극 소재로서 가능성을 입증했다.
연구진은 전극 소재의 전기화학적 특성을 이해하기 위해 방전 상태의 전극 표면 분석과 밀도범함수이론(DFT) 기반 컴퓨터 연산을 병행해 소재의 염소 기반 전환 반응을 제시하고 리튬 이온과 전자 이동에 대한 반응 경로를 모사했다. 또 코발트(II) 및 아연(II) 중심 금속 이온이 충·방전 과정에서 가역적으로 산화-환원되는 메커니즘이 실험적 데이터와 일치함을 확인함으로써 리튬 저장 성능을 설명하는 단서를 제시했다.
연구팀은 앞으로도 지속가능한 다양한 유기-금속 화합물을 발굴하고 새로운 전극 소재를 개발해 배터리 기술의 한계를 뛰어넘는 연구를 지속할 계획이다.
제1저자인 성홍규 학생은 “산화-환원 활성이 가능한 다양한 유기 금속 복합체 기반 소재의 새로운 연구 방향성을 제시할 것”이라고 기대했다.
차세대 LiB용 음극 소재 연구는 한국연구재단 신진연구, 박사과정생연구장려금지원사업, 기초연구실, 경남우주항공·방산과학기술원(GADIST) 개척연구팀, G-LAMP 사업 및 4단계 두뇌한국21(BK21) 지원사업을 통해 수행됐으며 연구 성과는 어드밴스드 사이언스(Advanced Science)에 게재됐다. (윤)