한국 연구진이 실리콘(Silicone)을 활용해 큰 용량의 LiB를 개발할 수 있는 단서를 발견했다.
한국연구재단은 미국 스탠퍼드대 추이이 교수팀에 소속돼 있는 이석우 선임연구원과 이현욱 연구원이 LiB(Lithium-ion Battery)의 차세대 음극소재로 주목받는 실리콘물질을 크게 제작할 수 있는 방법을 찾았다고 7월7일 발표했다.
실리콘은 LiB의 차세대 음극소재로 주목받고 있으며, 기존소재인 흑연보다 용량이 10배 이상 큰 것으로 알려졌다.
그러나 충전과정에서 4배까지 부풀어 올라 깨진다는 단점이 있으며 깨짐 현상을 방지하기 위해 입자를 나노크기로 만드는데 많은 비용이 들어간다는 문제점이 있었다.
연구진은 실리콘물질 사이의 상호작용에 주목해 실리콘물질을 여러 개의 나노필라(실리콘 웨이퍼를 나노크기로 만든 기둥)로 만들어 시뮬레이션 하면서 <인시추(In-Situ) 투과전자현미경>을 통해 관찰했다.
관찰 결과 실리콘물질들을 적당한 간격으로 배열해놓은 뒤 충전하면 입자가 결정방향으로 부풀어 오르다가 옆 실리콘물질에 가로막히면서 결정방향과 수직방향으로 부풀어 오른다는 것을 발견했다.
단일 실리콘입자가 결정방향으로만 부풀어 오르는 것과 다른 양상을 보인 것이다.
이현욱 연구원은 “상호작용 하도록 입자를 배열하면 큰 실리콘입자의 깨짐을 방지하면서 충전·방전을 할 수 있었다”며 “상호작용을 통해 실리콘입자를 10배에서 50배까지 크게 만들 수 있는 것으로 나타났다”고 밝혔다.
이어 “관찰 결과가 실리콘입자를 나노크기로 만들지 않아도 LiB의 음극소재로 상용화하는데 도움이 될 것”이라고 덧붙였다.