충전 시간은 줄이고 사용 시간을 크게 늘린 배터리 상용화 핵심기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.
이진우 포스텍 교수(화학공학과)와 황종국 박사과정, 이규태 울산과학기술대학교(UNIST) 교수(친환경에너지공학부)팀은 리튬이온 배터리 음극에 사용되는 주석(Sn) 기반 탄소-실리카 복합체를 `원-팟(one-pot)` 방법으로 합성하는데 성공했다고 13일 밝혔다.
이번 연구성과는 미국화학회가 발행하는 나노분야 세계적 권위지 `ACS 나노(ACS Nano)`지를 통해 발표됐다. 연구팀이 개발한 복합체를 이용하면 기존 3∼4시간 정도 충전해야 하는 리튬이온 배터리 충전시간을 1시간 이내로, 사용 시간은 2배로 늘릴 수 있다.
기존 배터리는 그래파이트를 음극 소재로 사용해왔으나 이 물질은 상대적으로 낮은 용량이 단점이었다. 이 때문에 오래 쓸 수 있는 새로운 음극 소재 개발이 시급한 상황이었다. 대체 물질로 주석이 거론되고 있지만 충전이나 방전과정에서 심각하게 부피가 팽창하거나 수축돼 안정성이 낮은 것이 단점이다. 합성과정도 복잡하고 시간이 많이 걸려 상용화가 어려웠다.
연구팀은 주석을 나노선, 나노입자 형태로 탄소-실리카 구조체에 가두는 `원-팟(one-pot)` 합성법을 개발, 응용한 결과 전극 특성 저하를 방지하는 것은 물론이고 성능도 안정적으로 유지되는 것을 확인했다.
특히 연구팀이 개발한 합성법은 복잡한 합성과정 없이 블록 공중 고분자의 자기조립성질을 이용해 2주 가까이 걸리던 합성시간을 3∼4일로 대폭 줄였다.
이진우 교수는 “이번 합성법은 단순히 배터리뿐만 아니라 촉매 등 또 다른 신재생에너지 분야에 활용이 가능할 것으로 기대된다”며 “앞으로 이 합성법을 이용해 용량을 10배까지 늘릴 것으로 예측되는 실리콘을 배터리에 응용하는 연구를 진행할 계획”이라고 말했다.
포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com
