나노기술 및 정책 정보

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UNIST 이현욱, 류정기 교수 연구팀이 실리콘의 단점을 보완한 복합 음극재 제조기술을 개발함.

기존의 음극재로 사용되던 흑연은 부피당 용량이 적어 고용량 구현이 어려웠음. 흑연보다 에너지 밀도가 10배 이상 높은 실리콘이 그 대체재로 주목받았으나, 낮은 전기전도도와 충방전의 반복될수록 부피가 팽창하여 전극 성능이 감소되는 단점을 가지고 있었음. 연구팀은 나노튜브구조의 점토광물인 Halloysite를 가공해 실리콘 나노튜브를 제작하고, 표면에 탄소층을 코팅한 뒤 흑연과 복합화하는 방식으로 새로운 실리콘-흑연 복합체 전극을 제작함. 기존 전극들은 팽창률을 고려해 실리콘 함량을 최대 15% 미만으로 제한하여 부피 팽창을 방지하였으나, 연구팀의 실리콘 나노튜브는 튜브 내부의 빈 공간이 충·방전 과정 중의 부피 변화를 완충, 실리콘 함량을 기존 14%에서 42%까지 대폭 높일 수 있었음. 또한 희귀금속이 아닌 것을 원재료로 하기 때문에 제작비용을 크게 낮추었으며, 탄소 코팅으로 인해 충방전 실험에서도 우수한 안정성을 확보함.

해당 연구를 바탕으로 향후 대용량에너지저장장치(ESS)나 전기자동차에서 요구되는 고용량 이차전지용 음극물질 개발에 실마리가 될 수 있을 것으로 기대됨.

※ Nano Letters 게재

※ 과학기술정보통신부, 한국연구재단(신진연구자사업 및 기후변화대응기술개발사업)지원