나노기술 및 정책 정보

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● 부경대학교 채수종 교수 연구팀은 4nm 미만의 실리콘 일차 입자가 μm 크기의 입자를 형성해 972m2/g의 큰 비표면적을 갖는 다공성 실리콘을 개발

● 다공성 실리콘은 리튬을 저장할 때 발생하는 부피 팽창으로 인한 열화를 효과적으로 제어할 수 있는 구조적 장점이 있지만, 실리콘의 크기가 수 나노미터 이하로 작아지면 소결 현상으로 실리콘 일차 입자의 크기가 쉽게 커지거나 내부 공극을 잃어버리는 문제 발생

● 연구팀은 원유에서 추출한 피치를 다공성 실리콘 내부로 균일하게 침투시키는 방식으로 문제를 해결했으며, 실시간투과전자현미경으로 분석한 결과 다공성 실리콘 내부에 존재하는 피치가 탄화하며 고온에서 실리콘의 소결 현상을 억제했고, 이렇게 탄화된 피치는 전지 구동 중 실리콘의 극심한 부피 변화와 열화를 방지하는 것으로 확인

● 해당 연구로 개발된 다공성 실리콘 탄소 복합 음극재는 흑연 음극재 대비 약 5배의 용량을 내는 것으로 확인됐으며, 특히 완전지(full cell) 평가에서는 450회 충‧방전 후에도 초기 용량의 80%를 유지해 다공성 실리콘 탄소 복합재와 비교하면 15배 이상 수명이 향상된 것으로 확인 

● 연구팀은 개발한 음극재는 우수한 특성으로 전기차 주행거리 향상을 위한 차세대 실리콘 음극재로 활용 가능할 것으로 기대

※ Advanced Materials 게재