나노기술 및 정책 정보

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● 정형모 교수(성균관대) 연구팀은 리튬-공기 전지의 충·방전 과정에서 낮은 과전압을 유도할 수 있는 공기극 촉매를 개발

● 연구팀은 리튬친화성 3D 나노 케이지 구조를 가진 MOF(금속-유기 골격체) 기반 공기극을 개발해 공기극 내에서 Li2O2 생성물이 균일하게 성장하고 분해되도록 함으로써 리튬-산소 전지의 안정성과 성능을 크게 향상시키는데 성공

● 또한, 2DTiOx 소재를 활용해 무음극 리튬 금속 배터리를 제작·상용 수준의 조건에서도 100회 이상의 안정적인 충·방전 사이클을 구현해 기존 리튬 금속 전극 대비 수명과 에너지 밀도를 크게 개선

● 연구팀은 실험과 3D TEM 단층 촬영 및 밀도범함수 이론(DFT)* 계산을 통해 MOF 기반 3D 구조가 충·방전 시 높은 용량을 유지하며 전지의 반응성을 안정화시킨다는 사실을 입증

* 밀도범함수 이론(DFT) : 물질, 분자 내부에 전자가 들어있는 모양과 그 에너지를 양자역학으로 계산하기 위한 이론

● 본 연구는 2DTiOx 기반의 음극과 MOF 나노 케이지 기반 공기극 촉매 기술을 통해 전기차 등 고에너지 수요가 높은 분야에서 배터리의 효율성과 안정성을 크게 향상시킬 수 있을 것으로 기대 

ACS Nano (2024.08.14.), 2D Metal-Oxide Nanosheets as a Homogeneous Li-Ion Flux Regulator for High-Performance Anodeless Lithium Metal Batteries

※ 한국연구재단과 과학기술정보통신부의 나노소재기술개발사업 지원