한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)이 중요 에너지 저장매체인 리튬이온전지의 전기화학적 특성을 높이는데 꼭 필요한 분석 기술 개발에 성공했다. 아주 미세한 것까지 잡아내는 분석이 가능해졌다.
KAIST는 홍승범 신소재공학과 교수팀이 원자간력 현미경(AFM)의 한 모드인 전기화학 변위 현미경(ESM)을 이용해 리튬이온전지 소재 내부 이온 이동 특성을 나노미터(㎚) 수준에서 정량 측정하는 방법을 개발했다고 13일 밝혔다.
ESM은 나노 크기 탐침에 전압을 가했을 때 이온 이동으로 발생하는 시료 표면 변형을 측정할 수 있다.
연구팀은 비행시간형 2차 이온 질량 분석법(ToF-SIMS)과 유도결합 플라즈마 분광분석기(ICP-OES)를 이용, 고체 전해질 시료 깊이별 이온 분포를 계산하고 이를 ESM 결과와 캘리브레이션(보정)하는데 성공했다.
연구팀은 이후 표면으로 이동했다가 다시 내부로 확산하는 이온을 영상화했다. 이온 이동 과정을 영상화해 깊이 및 이온 농도에 따라 변화하는 확산계수 값을 정량적으로 보여줬다.
홍승범 교수는 “이온의 움직임을 나노 수준에서 정량적으로 관찰할 수 있는 방법론이 다양한 이온 거동의 메커니즘을 규명하는데 기여할 것”이라며 “추후 다양한 실제 소자 구동 환경을 모사한 상태에서 이번 방법론을 적용하는 후속 연구를 진행할 것”이라고 말했다.
한편 KAIST 신소재공학과 소속 박건 연구원이 제1 저자로 참여한 이번 연구 내용은 국제 학술지 ACS 어플라이드 에너지 머티리얼스에 게재됐다.
연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 거대과학연구개발사업 및 KAIST 글로벌특이점연구 지원으로 수행됐다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
