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| 힘세고 오래가는 배터리를 만들 신소재 개발에 성공한 나노입자 연구단의 결과는 화학분야 최고 권위지인 미국화학회지(JACS, Journal of the American Chemical Society)에 11월 27일 게재됐다.(자료제공=서울대 나노입자 연구단) |
기초과학연구원(IBS)은 나노입자 연구단이 힘세고 오래가는 배터리를 만들 신소재 개발에 성공했다고 10일 밝혔다.
현재 대부분의 전자기기는 리튬이온전지를 배터리로 사용하는데, 리튬이온전지의 용량을 높이기 위해서 이산화티타늄(TiO2)을 기존 흑연(탄소) 전극을 대체할 새로운 음극 소재로 지목하고 있다.
이는 격자구조를 가진 이산화티타늄은 격자 사이에 리튬을 저장할 수 있어 배터리 용량을 높이기에 최적화된 구조를 가지고 있기 때문이다. 하지만 이산화티타늄을 음극으로 구현한 기존 리튬이온전지의 용량은 이론상 용량의 절반 수준에 그친다는 점이 상용화의 걸림돌이 됐다.
이번 연구팀은 이러한 제한점을 해결하기 위해 수 나노미터(nm, 1nm는 10억 분의 1m) 크기의 이산화티타늄 나노입자를 이용해 기존 배터리의 용량 한계를 극복할 음극 소재로 최적화된 구조를 발굴했다.
특히 이 나노구조를 음극으로 적용한 리튬이온전지를 개발하고, 포항방사광가속기에서 X선 분광실험을 진행하며 미시적 구조와 배터리의 성능 사이 관계를 분석했다.
이 실험결과에 따르면 개발된 배터리는 리튬이온 저장성능을 30% 이상 향상시킬 수 있으며, 500회 이상 충전과 방전을 반복해도 고용량, 고출력 성능을 유지했고, 속 빈 구 형태의 나노구조가 초과로 저장된 리튬을 효과적으로 안정화시키기 때문에 안정성을 오래도록 유지하는 것을 확인했다.
성영은 부연구단장은 “나노입자의 성능한계와 안정성, 안전문제를 모두 해결할 수 있는 새로운 방향을 제시한 것으로 이번 연구에서 개발된 구조는 이산화티타늄 뿐 아니라 모든 나노입자에 적용가능하다”며 “나노입자를 활용해 배터리 성능을 향상시킬 수 있는 새로운 길이 열린 것”이라고 말했다.
이 연구는 화학분야 최고 권위지인 미국화학회지(JACS, Journal of the American Chemical Society)에 11월 27일 게재됐다.
