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● 광주과학기술원(GIST) 김형진 교수 연구팀은 차세대 리튬 2차전지용 음극으로 주목받고 있는 실리콘 음극의 성능과 내구성을 개선

● 실리콘 음극은 차세대 음극 중 상용화에 다가선 기술로 단위 무게당 이론 용량이 최대 4,200 mAh/g에 달해 기존 흑연 음극 대비 10배가 넘으며, 그만큼 에너지밀도가 크고 경제적이고 친환경 소재

● 그동안에는 실리콘이 비전도성이고 충·방전 과정에서 부피가 팽창하고 수명이 짧아 상용화에 애로가 있었다. 실리콘 음극의 대량생산을 염두에 둔 연구도 부족

● 해당 연구는 간단한 전극 가열 공정을 적용해 실리콘·구리 합금 반응을 일으키고 전극 바인더를 탄소화해 실리콘 전극 전기전도성을 높이며 충·방전 시 발생하는 전극 내 기계적 응력을 완화했으며, 바인더는 충·방전이 반복될 때 활물질 또는 도전재 사이의 결합이 느슨해지는 것을 방지해 전극을 기계적으로 안정화

● 연구팀은 실리콘·구리·탄소 복합 음극이 4A/g의 고전류밀도에서 1,776mAh/g의 전기화학적 특성을 나타내는 것을 확인

● 연구팀은 해당 연구가 실리콘과 이종 금속 간의 다양한 응용과 전극 가공 기술의 융합이 핵심이라며 리튬 2차전지의 성능 향상을 기대

※ Applied Surface Science 게재