나노기술 및 정책 정보

• 목록

경희대학교 박민식 교수 연구팀이 공동 연구를 통해 규칙적 패턴이 반복되는 다공성 3차원 나노구조체인 ‘자이로이드’ 구조의 차세대 리튬이온전지용 음극소재를 개발함.

음극소재로서 전지 용량을 흑연보다 이론상 10배 이상 높일 수 있는 실리콘이 있으나, 충방전시 실리콘이 팽창하며 구조가 붕괴돼 성능이 떨어지는 현상으로 실용이 어려웠음. 때문에 연구진은 실리콘 팽창으로 재료의 구조가 붕괴되는 데 영향을 주는 응력을 최소화시킴. 시뮬레이션을 통해 다공성 기공이 응력을 줄이고 3차원 자이로이드 구조로 안정성을 확보할 수 있다는 사실을 확인하여, 자이로이드 구조의 실리콘 복합산화물 음극소재를 설계하고 단일공정으로 합성하는 데 성공함. 해당 소재로 실험한 결과 실제 충방전시 규칙적으로 배열된 직경 10 nm (10억분의 1미터) 크기의 기공들이 실리콘의 부피 팽창을 효과적으로 완충하는 것으로 나타났으며, 기존 흑연 음극 소재에 비해 충방전시 반복적으로 사용 가능한 리튬이온전지 용량이 5배 늘리는 데 성공함.

해당 연구를 기반으로 실리콘 기반 음극소재가 적용된 리튬이온전지가 앞으로 전기차 핵심 부품으로 활용될 가능성을 제시됨.

※ ACS Nano 게재