국내 연구진이 에너지 저장용량이 크고 출력도 크게 키운 LiB(Lithium-ion Battery)용 음극소재를 개발했다.
한국연구재단은 박찬진 전남대 교수팀이 저렴하고 간단한 공정을 이용해 기존 흑연소재보다 출력밀도는 40배 이상, 에너지 저장용량이 4배 높은 고출력 게르마늄 LiB용 음극소재를 개발했다고 9월21일 발표했다.
게르마늄은 기존 음극소재인 흑연에 비해 많은 양의 리튬을 저장할 수 있어 차세대 전극소재로 주목받아왔으나 충전·방전 때 급격한 부피 변화를 일으켜 반복해서 쓰면 성능이 저하되는 게 단점이었다.
박찬진 교수팀은 졸겔(Sol-Gel)법을 이용해 나노게르마늄 입자를 탄소가 감싸고 있으면서 동시에 현무암과 유사한 3차원 다공성 구조를 갖는 독창적인 구조의 2차전지 음극소재를 개발했다.
연구개발 결과 리튬 저장용량이 흑연의 4배 이상이고 고속으로 1000번 충·방전시켜도 초기 용량의 89%를 유지해 성능저하가 거의 없는 게르마늄 음극소재를 개발했다.
개발 소재는 최고속도로 3초 만에 완전 방전시켜도 흑연의 최고용량보다 120% 높은 방전용량을 기록했으며, 저렴한 게르마늄 산화물과 PVP(Polyvinyl Pyrrolidone) 혼합물을 아르곤 가스 속에서 열처리하는 간단한 공정으로 제작할 수 있어 양산 시 가격 경쟁력도 뛰어난 것으로 알려졌다.
박찬진 교수는 “출력과 사용시간이 관건인 전기자동차의 고성능화 및 보급화에 기여하는 것은 물론 모바일기기 및 의료기기, 군용기기, 대용량 에너지 저장 등 다양한 분야에 활용될 것”이라고 강조했다.