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[IT뉴스]리튬이온전지 성능 '업'…흑연 대체 실리콘 음극재 개발

온카뱅크관리자

2024-05-27 12:00:27

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        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
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          <figure class="figure_frm origin_fig" dmcf-pid="7wtkOF8t5m" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img alt="전기차를 충전하고 있는 모습. 위키미디어 제공." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202405/27/dongascience/20240527120033747naax.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="Ut6H3Pc6YO" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202405/27/dongascience/20240527120033747naax.jpg" width="658"></p>
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            전기차를 충전하고 있는 모습. 위키미디어 제공.
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          <p dmcf-pid="zrFEI36Ftr" dmcf-ptype="general">전기차, 스마트폰, 노트북에 사용되는 리튬이온전지의 에너지밀도를 향상시킬 수 있는 실리콘 음극재가 개발됐다. 현재 상용 음극재로 사용되고 있는 흑연의 용량 한계를 극복할 것으로 기대된다. </p>
          <p dmcf-pid="qgynAWqyGw" dmcf-ptype="general">한국연구재단은 박호석 성균관대 연구팀이 실리콘 기반 고엔트로피 합금(high entropy alloy) 소재를 통해 용량이 크고 수명이 긴 리튬이온전지 음극 소재 개발에 성공했다고 27일 밝혔다. 고엔트로피 합금이란 주된 원소에 보조 원소를 더하는 일반적인 합금과는 다르게 주된 원소 없이 여러 원소를 5% 이상으로 비교적 동등한 비율로 혼합해 다양한 물성 구현이 가능하다. </p>
          <p dmcf-pid="BaWLcYBWZD" dmcf-ptype="general">리튬이온전지는 방전 시 리튬이온을 저장하는 양극재와 충전할 때 리튬이온을 받아들이는 음극재, 둘 사이에서 리튬 이온이 이동할 수 있도록 해주는 전해질, 양극과 음극이 직접 접촉하지 않도록 분리해주는 분리막 등 4개 소재로 구성된다. 음극재는 리튬이온전지를 충전할 때 양극에서 나오는 리튬이온을 음극에 저장했다가 방출하면서 외부회로를 통해 전류를 흐르게 한다. </p>
          <p dmcf-pid="bNYokGbYXE" dmcf-ptype="general">현재 흑연이 리튬이온전지 음극재로 가장 활발히 쓰인다. 글로벌 전기차 시장이 커지면서 배터리 기술 경쟁이 치열해져 흑연 용량 한계를 극복하기 위해 이를 고용량 실리콘으로 대체하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 실리콘 소재의 경우 낮은 전기전도도 뿐만 아니라 충·방전을 반복하면 부피가 팽창해 장기 안정성이 저하된다는 문제점이 있다. </p>
          <p dmcf-pid="Kfc9PkYcYk" dmcf-ptype="general">이같은 문제점을 해결하기 위해 성균관대 연구팀은 실리콘 기반 고엔트로피 합금 소재를 개발, 한 가지 소재로 구현하기 어려운 물성을 부여해 실리콘의 성능 저하 문제를 해결했다. 고에너지 볼밀링 합성법을 사용해 합성 방법의 공정을 최소화하면서 고용량의 실리콘, 고반응성의 인, 빠른 리튬이온 전도성을 가진 게르마늄, 자가 복원력을 가진 액체 금속의 갈륨의 장점을 가진 소재를 만들었다. </p>
          <p dmcf-pid="94k2QEGktc" dmcf-ptype="general">볼밀링은 금속 실린더와 볼로 구성된 분쇄 장치로 실린더가 회전할 때 볼과 재료가 마찰과 원심력에 의해서 재료를 미세한 분말로 분쇄할 수 있다. </p>
          <p dmcf-pid="20Rt7erRZA" dmcf-ptype="general">박 교수는 “이번 연구는 리튬이온전지 에너지밀도를 향상시키기 위한 핵심 소재인 실리콘의 문제점을 해결할 수 있는 방안을 제시했을 뿐만 아니라 고엔트로피 합금 소재를 반응성이 높은 원자 인에서도 처음으로 구현했다는 점에서 의의가 있다”고 밝혔다. 또 이번 연구를 통해 향후 다양한 조합의 고엔트로피 소재 합성을 통해 구조 및 조성 최적화, 배터리 성능 향상을 위한 양극 최적화 등의 추가 연구를 수행할 계획이다.</p>
          <p dmcf-pid="VpeFzdmeZj" dmcf-ptype="general">[이채린 기자 rini113@donga.com]</p>
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        <p class="" data-translation="true">Copyright © 동아사이언스. 무단전재 및 재배포 금지.</p>

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