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[IT뉴스]흑연 한계 넘는 실리콘 음극재 개발… “리튬이온전지 성능 개선”
온카뱅크관리자
조회:
25
2024-05-27 12:00:32
<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">성균관대, 실리콘 기반 합금 소재로 성능 저하 문제 해결</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="pb3Yt8j4UJ"> <figure class="figure_frm origin_fig" dmcf-pid="Uf75UMDx0d" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="박호석 성균관대 화학공학과 교수./한국연구재단" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202405/27/chosunbiz/20240527120033445vwvs.jpg" data-org-width="465" dmcf-mid="3U9vX2o9Fn" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202405/27/chosunbiz/20240527120033445vwvs.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 박호석 성균관대 화학공학과 교수./한국연구재단 </figcaption> </figure> <figure class="figure_frm origin_fig" dmcf-pid="u0GCWBJqpe" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202405/27/chosunbiz/20240527120033853hnex.png" data-org-width="1800" dmcf-mid="0iz1uRwMpi" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202405/27/chosunbiz/20240527120033853hnex.png" width="658"></p> </figure> <p dmcf-pid="7z1TZVg2pR" dmcf-ptype="general">리튬이온전지의 에너지밀도를 향상시킬 수 있는 실리콘 음극재가 나왔다. 현재 상용 음극재로 사용되고 있는 흑연의 용량 한계를 극복할 것으로 기대되고 있다.</p> <p dmcf-pid="zci6ds1mzM" dmcf-ptype="general">한국연구재단은 박호석 성균관대 화학공학과 교수 연구진이 실리콘 기반 합금 소재를 이용해 고용량, 장수명의 리튬이온전지 음극재를 개발했다고 27일 밝혔다. 음극재는 배터리 충전 과정에서 리튬을 저장하고, 방전 과정에서는 리튬을 방출하는 소재다.</p> <p dmcf-pid="qFWOTze7Fx" dmcf-ptype="general">글로벌 전기차 시장이 커지면서 배터리 기술 경쟁도 치열해지고 있다. 특히 주로 쓰이는 흑연 음극재의 용량 한계(이론용량 372mAh/g)를 극복하기 위해 고용량 실리콘 음극재(이론용량 4200mAh/g)로 대체하려는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 하지만 실리콘 소재는 전기전도도가 낮고 충·방전을 반복하면 부피가 팽창해 장기 안정성이 저하된다는 문제점이 있다.</p> <p dmcf-pid="BOAJNT7vUQ" dmcf-ptype="general">연구진은 다양한 조성의 원소들로 이루어진 실리콘 기반의 합금 소재를 개발했다. 배터리 용량을 높일 수 있는 실리콘과 고반응성의 인, 리튬이온 전도성이 빠른 게르마늄, 자가 복원력을 가진 액체 금속 갈륨을 섞어 고엔트로피 합금(high entropy alloy)을 만들었다. 고엔트로피 합금은 주된 원소 없이 여러 원소를 5% 이상으로 혼합한 소재로, 합금 조합에 따라 다양한 물성을 구현할 수 있다.</p> <p dmcf-pid="bCknAWqy0P" dmcf-ptype="general">개발한 합금 소재는 충·방전을 2000회 반복한 이후에도 1121mAh/g의 높은 용량을 유지하는 것으로 나타났다. 고전류 밀도에서도 949mAh/g의 높은 율속 용량을 보였다. 율속은 충·방전 속도에 따라 용량 유지율이 좋아지거나 나빠지는 특성을 말한다.</p> <p dmcf-pid="Ktysv7Rup6" dmcf-ptype="general">박호석 교수는 “이번 연구는 리튬이온전지 에너지밀도를 향상시키기 위한 핵심 소재인 실리콘의 문제점을 해결할 방안을 제시했을 뿐만 아니라, 고엔트로피 합금 소재를 반응성이 높은 인(P) 원자에서도 처음으로 구현하였다는 점에서 의의가 있다”고 밝혔다.</p> <p dmcf-pid="9J8qfNvau8" dmcf-ptype="general">연구진은 다양한 조합의 고엔트로피 소재를 합성해 구조와 조성 최적화, 배터리 성능 향상을 위한 양극 최적화를 포함한 추가 연구를 수행할 계획이다.</p> <p dmcf-pid="2f75UMDx04" dmcf-ptype="general">이번 연구 성과는 에너지 분야 국제학술지 ‘에너지 및 환경과학(Energy & Environmental Science)’에 지난 4월 16일 게재됐다.</p> <p dmcf-pid="VRVu9ohLzf" dmcf-ptype="general">참고 자료</p> <p dmcf-pid="fQK0BiOJ0V" dmcf-ptype="general">Energy & Environmental Science(2024), DOI: <span>https://doi.org/10.1039/D3EE02392C</span></p> <p dmcf-pid="4gM2QEGk02" dmcf-ptype="general">- Copyright ⓒ 조선비즈 & Chosun.com -</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 조선비즈. 무단전재 및 재배포 금지.</p>
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