전기차용 배터리 용량 5배 끌어올려

박민식·문장혁·김정호 공동연구팀

자이로이드 3차원 음극 소재 개발

박민식 교수

실리콘 기반 자이로이드 구조. /사진제공=한국연구재단

국내 연구진이 전기자동차 배터리용 고용량 리튬이온전지 소재 기술을 개발했다.

한국연구재단은 28일 경희대 박민식 교수, 중앙대 문장혁 교수, 호주 울런공대 김정호 교수 공동연구팀이 자이로이드(gyroid) 구조 3차원 음극 소재를 개발했다고 밝혔다.



리튬이온전지용 음극 소재는 이론적으로 기존 흑연보다 한번에 더 많이 충전해둘 수 있는 실리콘이 주목받고 있다. 하지만 실리콘 충·방전시 3배 이상 부풀어 구조가 붕괴되는 한계가 있다.

연구팀은 실리콘 팽창에 따른 재료 내부 저항력(응력)을 최소화하기 위해 다공성 자이로이드 구조의 실리콘복합산화물 음극 소재를 설계했다. 자이로이드는 구멍이 많은(다공성) 3차원 나노 구조체다. 시뮬레이션 결과 구멍(기공)이 응력을 줄이는 한편 구조적 안정성을 확보하는 데 도움을 줬다. 규칙적으로 배열된 10㎚ 크기 기공이 실리콘 부피 팽창을 효과적으로 방지한다고 연구팀은 설명했다.

김정호 울런공대 교수팀의 이재우 박사과정생(공동 1저자)은 “100회 이상 충·방전해도 초기 효율 80％대를 유지하고 기존 흑연보다 반복적으로 사용 가능한 용량이 5배 이상 늘었다”며 “전기차 산업에 기여할 수 있을 것”이라고 말했다. 이 논문은 지난 5일 국제학술지 ‘에이시에스 나노’에 실렸다. /고광본 선임기자 [e-mail]