나노기술 및 정책 정보

• 목록

● 일본 메이죠대학교의 우치다 기이치로 교수 연구팀이 독자적으로 개발한 고압 플라즈마 스퍼터링(저온 플라즈마 공정에 속하는 방법) 방안을 적용하여, 응집이 없이 나노 구조가 균일하게 분산된 게르마늄-주석(GeSn) 음극 필름을 제작하여 고용량의 리튬 이온 전지를 제작

● 에너지 밀도가 높은 리튬 이온 전지를 제작하기 위해서는 리튬 이온을 대량으로 수용할 수 있는 고용량 음극 개발이 필수

● 게르마늄(Ge)은 고용량 음극으로서 유망한 재료이나 충·방전으로 인해 팽창과 수축이 반복되면 균열이 발생하고 집전체로부터 박리가 일어나는 현상으로 인해 용량이 급격히 저하되는 것이 문제

● 일반적으로 플라즈마 스퍼터링은 mTorr의 압력 범위에서 이루어지나 연구팀은 압력을 100배 정도 증가시킨 독특한 스퍼터링 공정을 개발하여 응집 없이 나노 구조가 균일하게 분산된 게르마늄계 음극 필름을 제조

● 게르마늄-주석 음극 필름막을 리튬 이온 전지에 적용한 결과, 나노 구조가 분산되어 초기의 높은 용량을 유지했고, 1,000mAh/g 이상의 고용량을 구현

● 본 연구의 성과는 다른 재료에도 적용 가능하며 차세대 전고체 리튬 이온 전지 재료로 활용될 것으로 기대

※ 용어설명

- 스퍼터링(sputtering): 진공 증착법의 일종으로 비교적 낮은 진공도에서 플라즈마를 타겟에 충돌시키고, 원자를 분출시켜 기판상에 필름을 만드는 방법

※ Scientific Reports 게재(2022.02.02), “Nanostructured Ge and GeSn films by high-pressure He plasma sputtering for high-capacity Li ion battery”