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다공성 금속구조체 전극으로 리튬전지 용량 2배 향상 | 연합뉴스 Meta Article 트위터카드 //Meta Article 모바일분기
StartFragment강원대 조용훈 교수 "리튬전지 대용량화…전기자동차 대중화 기여 기대"EndFragment
다공성 금속구조체 전극으로 리튬전지 용량 2배 향상 | 연합뉴스 Meta Article 트위터카드 //Meta Article 모바일분기
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(대전=연합뉴스) 이주영 기자 = 국내 연구진이 다공성 금속 구조체에 전극소재를 코팅한 일체형 전극으로 리튬이차전지의 충전용량을 2배 이상 높이는 데 성공했다.
강원대 에너지공학부 조용훈 교수팀은 16일 물에 구리 가루를 분산시킨 뒤 얼렸다가 얼음만 제거해 다공성 구리 구조체를 얻는 '프리즈 캐스팅' 법으로 리튬이차전지의 충전용량을 2배 이상 높일 수 있는 고용량 전극 소재를 개발했다고 밝혔다.
3D 다공성 전극을 제조하기 위한 프리즈 캐스팅과 졸-겔 합성 모식도. 구리 분말을 물에 분산시킨 후 냉각, 성장하는 얼음이 형판기능을 하게 하는 프리즈 캐스팅 방법. 성장된 얼음기둥과 결정체 사이에 구리 분말을 가두었다가 얼음을 제거, 3D 구리 다공성 구조체를 얻고 산화주석을 졸-겔로 제조해 코팅함. <<강원대 제공>>
휴대전화에서 노트북, 전기자동차까지 널리 사용되는 리튬이차전지는 충·방전 시 많은 리튬이온을 저장하기 어렵고 전극 부피가 4배 이상 팽창해 성능이 급격히 떨어지는 등의 단점이 있다.
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리튬이차전지의 충전용량을 높이려면 고용량 소재에 구멍이 많은 다공성 구조이면서 동시에 에너지 밀도를 높일 수 있도록 조밀한 구조인 전극이 필요하다.
연구진은 구리 분말을 물에 분산시킨 다음 냉각해 성장하는 얼음이 형판 기능을 하게 하는 '프리즈 캐스팅' 방법으로 다공성 구리 구조체를 만들고 여기에 산화주석(SnO₂)을 코팅해 리튬이차전지용 일체형 전극을 개발했다.
이 전극을 이용한 리튬이차전지는 충전용량이 기존 흑연음극을 사용했을 때(372㎃h/ｇ)보다 2배 이상 큰 750㎃h/ｇ를 기록했고, 50회 이상 충·방전한 후에도 용량이 전혀 떨어지지 않을 정도로 전극 안정성도 우수한 것으로 확인됐다.
조용훈 교수는 "이 연구 성과는 리튬이차전지의 고용량 전극 소재 기술 확보를 통해 차세대 전기자동차의 대중화를 앞당기는 데 기여하고 휴대전화나 노트북 등 소형 정보통신 기기의 전원장치로도 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.
한국연구재단 이공분야기초연구사업 지원으로 수행된 이 연구 결과는 국제학술지 '사이언티픽 리포트'(Scientific Reports, 1월 4일자) 온라인판에 게재됐다.
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