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이차전지용 음극물질 부피팽창 난제 해결, 휴대폰 등 사용시간 2배 연장

금오공대 조재필 교수팀

세계적 화학전문지 발표

/김연고기자 kyk0913@yeongnam.com 기자가 쓴 기사 더보기

이차전지에 사용되는 음극물질의 단점을 해결한 금오공대 조재필 교수.

[구미] 금오공대 자연과학부 응용화학전공 조재필 교수 연구팀을 중심으로 서울대 재료공학과 박병우 교수, 한국전자통신연구원 기반기술연구소 이오닉스개발팀(팀장 류광선 박사)은 휴대전화와 이동전자제품의 사용시간을 2배이상 연장할 수 있는 이차전지에 사용될 음극물질이 가진 단점을 완전히 해결한 첨단기술을 공동개발했다.

이들 연구팀은 연구성과를 10일 발간된 세계적인 화학전문지인 안게반테 케미 국제판에 발표했다. 전자통신연구원 이오닉스개발팀은 이번에 개발된 기술을 차세대 PC용 전원장치인 이차전지에 적용시켜 추가로 성능시험을 하고 있다.

조 교수를 비롯한 연구팀은 차세대 이차전지에 사용되는 음극물질로 각광받는 주석산화물에 미세한 구멍인 나노기공을 25%이상 형성함으로써 부피팽창을 완전히 해결했다. 5㎜ 이하 나노기공의 부피는 합성을 통해 인위적으로 조절이 가능하며, 리튬과 반응시 나타나는 부피팽창의 완충역할을 한다.

이번에 개발될 주석산화물 음극물질에 나노기공을 형성하는 기술을 적용한 이차전지도 750mAh/g의 초기용량을 나타냈으며, 고율의 충전과 방전시에도 용량감소가 거의 없는 장점이 있다.

현재사용중인 이차전지의 음극재료는 카본으로 사용가능한 용량이 320mAh/g이나 차세대 고용량 음극물질로 각광받고 있는 주석을 포함한 금속산화물은 750mAh/g이상 사용할 수 있어 일본, 미국이 개발에 노력하고 있는 물질이다.

그러나 주석산화물은 리튬과 반응시 부피가 3배이상 팽창돼, 주석산화물을 음극물질로 사용한 이차전지는 초기에 사용가능한 용량의 급격한 감소, 급격한 수명 저하 등 문제점을 안고 있으며, 20회이상 충전과 방전시킬 경우 초기에 비해 용량이 90%이상 감소되는 단점이 있었으나, 이번에 조 교수 등 연구팀이 이 단점을 해결해 낸 것이다.

연구팀은 새로 개발한 음극물질 형성기술 2건에 대해 국내에서 특허출원을 마쳤고, 미국 특허청에 우선권을 신청해둔 상태이다. 연구팀은 차세대 고용량 음극물질에 나노기공을 형성하는 기술을 적용하면서 초기 실험부터 많은 시행착오를 겪었으며 샘플합성 횟수도 300회를 넘었다.

한편 조 교수는 "주석산화물을 음극물질로 사용하는 것에 비해 2~3배 용량이 큰 이차전지를 만들 수 있도록 실리콘을 음극물질로 사용하는 기술을 개발하기 위해 초기실험을 진행중"이라고 밝혔다.

2004-11-13 10:49:57 입력