휴대폰 등 각종 모바일 기기와 전기자동차 등에 사용되는 리튬이온 2차전지의 비등방적 부피팽창 원인이 규명됐다.
한국기초과학지원연구원(이하 기초연) 물성과학연구부 한영규, 정성철 박사 연구팀은 `2상(two-phase) 계면 시뮬레이션` 계산 기법을 최초로 구현해 충전과정에서 특정 방향으로만 일어나는 실리콘 부피팽창 원인을 원자 수준에서 규명했다고 27일 밝혔다.
규명 절차는 복잡했지만 원인은 간단했다. 리튬이온이 실리콘을 잘라놓은 표면(110면)으로 몰려 특정방향으로 불규칙하게 팽창이 일어난다는 것이다.
연구진은 실리콘 내 리튬을 삽입할 때 비정질상 및 결정상 등 2개 상의 계면반응 과정을 한 번에 나타내는 방식으로 시뮬레이션해 규명했다.
한영규 연구원은 “차세대 리튬이온 2차전지의 대표 음극 소재인 실리콘 내에서 형성되는 비정질상·결정상 계면 현상을 원자 수준에서 최초로 해석했다는 점에서 중요하다”며 “향후 차세대 음극 소재 설계 시 서로 다른 이종 물질 간 하이브리드 소재 연구에도 활용할 수 있을 것”으로 기대했다.
대전=박희범기자 hbpark@etnews.com