리튬이온전지(LiB:  Lithium-ion Battery)의 용량을 기존의 3배로 늘리는 기술을 개발하는데 응용될 수 있는 연구결과가 나왔다.
기초과학연구원(IBS) 나노입자연구단장인 현택환 서울대 화학생물공학부 중견석좌교수와 연구단의 오명환 선임연구원 등은 <금속산화물 나노입자에서의 갈바닉 교환반응: Galvanic Replacement Reactions in Metal Oxide Nanocrystals>이라는 논문을 과학저널 <사이언스>에 5월24일 게재했다.
연구진은 자체 개발한 산화철-산화망간 이종접합 나노구조를 리튬이온전지의 음극으로 사용하면 흑연을 음극으로 사용하는 일반전지에 비해 최대 3배로 높은 용량을 나타냈으며, 수많은 충·방전 이후에도 성능저하가 0.5% 미만으로 거의 없었다고 밝혔다.
연구진은 산화망간 나노입자와 철 과염소산염(Perchlorate) 수용액을 반응시켜 산화철-산화망간 이종접합 구조를 만들었으며, 철 과염소산염의 농도를 증가시키면 속이 텅 빈 구조로 된 산화철 나노새장(Nanocage)을 만들 수 있음을 보였다.
연구결과를 이용하면 리튬이온전지나 태양전지 등 에너지 소자의 성능을 획기적으로 개선할 수 있다고 연구진은 밝혔다.
현택환 단장은 “전위 금속 산화물은 상용화된 흑연보다 이론적으로 큰 용량을 발현할 수 있어 차세대 음극 재료로 주목 받아왔지만 배터리 충·방전 때 물질의 부피 변화가 커 장기적 성능 저하가 큰 문제였다”며 “속이 빈 산화물 나노입자의 합성을 통해 고성능 배터리를 개발할 수 있는 길을 열었다는 점에서 의미가 있다”고 말했다.