나노기술 및 정책 정보

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● 일본 오카야마대학교 학술연구원과 산업기술종합연구소(AIST)의 공동 연구그룹이 나노미터(nm) 크기의 큐브형 블록을 리튬 이온 전지에 도입함으로써 기존 전지의 충·방전 시간을 대폭 단축하는 데 성공

● 리튬 이온 전지는 현대 사회의 인프라를 지원하는 필수적인 장치로, 특히 하이브리드 자동차, 전기 자동차의 보급이 가속화됨으로써 매우 짧은 시간에 충·방전이 가능한 전지의 개발이 요구되고 있었음.

● 연구진은 리튬 이온 전지의 양극 재료와 전해액 사이에 리튬 이온을 끌어당기는 성질을 갖는 큐브형 블록 형상의 나노 결정을 적당량 첨가함으로써, 리튬 이온의 출입 속도가 대폭 빨라진다는 것을 발견

● 소형 전지를 이용하여 3분간의 급속 충·방전 시험을 실시한 결과, 나노큐브를 도입한 전지의 경우 기존 전지의 4.3배의 전기 용량을 얻을 수 있음을 확인

● 나노큐브에 흡착된 리튬 이온은 용매 분자를 탈리하고(탈용매화), 표면 확산을 거쳐 최종적으로 나노큐브, 활물질, 전해질의 3상이 교차하는 계면 부근에서 양극 내에 삽입됨.

● 해당 나노큐브를 통한 리튬 이온의 이동이 매우 단시간에 일어나기 때문에, 전지의 급속 충·방전이 가능해지는 것임.

본 연구 성과는 향후 보급이 확대되는 전기 자동차에 적용, 수초 이내의 초급속 충·방전을 가능하게 하는 차세대 전지의 개발에 크게 공헌할 수 있을 것으로 기대

※ Advanced Materials Interfaces 게재(2021.12.13.), “Ultrafast Ion Transport via Dielectric Nanocube Interface”