부경대-UNIST, 차세대 배터리 소재 개발

배터리 충전 속도 1.5배 향상

배터리 용량 50% 증가

전기자동차 등에 사용되는 리튬이온전지의 용량과 충전 속도를 크게 높일 수 있는 차세대 음극 소재가 개발됐다.

부경대는 고민성 금속공학과 교수(사진)와 조재필 UNIST(울산과학기술원)교수팀 공동으로 ‘고 에너지 밀도 및 고속 충·방전이 가능한 가장자리 활성화 흑연, 실리콘 복합체’ 논문을 세계적 학술지인 ‘네이처’의 자매지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 온라인판에 게재했다고 17일 발표했다.

고 교수는 기존 리튬이온전지의 음극 소재로 사용되는 흑연보다 충전 속도는 1.5배 빠르고 용량은 50% 증가시켰다고 설명했다. 흑연은 이론적으로 사용 가능한 용량이 낮아 높은 에너지 밀도를 구현할 수 없고, 빠른 속도로 충전하면 성능과 안정성이 떨어지는 문제가 있다.

고 교수는 이번 연구에서 니켈 촉매환원법으로 흑연의 가장자리를 활성화해 고속 충전 특성을 크게 향상시키는 한편 모노 실레인 화학기상 증착법으로 흑연 안팎을 수나노미터(㎚·1㎚=10억분의 1m) 두께의 비정질 실리콘으로 균일하게 코팅해 에너지 밀도를 극대화하고 흑연질탄소 보호막 코팅으로 전지의 안정성까지 높이는 등 원천 기술을 확보했다.

이렇게 개발된 ‘가장자리 활성화 흑연, 실리콘 복합체’는 배터리 충전 및 방전 시 리튬 이온과의 반응 속도를 크게 높이고 전자 전달과 리튬이온의 이동 거리는 감소시켜 배터리의 고속 충전 특성을 크게 끌어올리는 것으로 나타났다.

부산=김태현 기자 hyun@hankyung.com