교육과학기술부와 한국연구재단은 광주과학기술원(GIST) 신소재공학부 김원배 교수(39)·남상훈 박사(33)·정건영 교수 연구팀이 나노구조실리콘전극으로 리튬이차전지를 만드는 데 성공했다고 7일 밝혔다.
연구팀은 레이저 간섭 리소그래피(빛의 간섭패턴을 규칙적으로 형성시키는 기술)를 이용해 나노박막, 나노우물, 나노기둥 등 여러 구조의 형상에 따른 리튬의 저장특성과 전자전달 효율 변화를 분석한 결과, 실리콘박막에 형성한 나노구조실리콘전극의 전자 전달이 우수해 용량과 성능이 크게 향상된다는 사실을 확인했다.
연구 결과 나노구조실리콘전극으로 만든 리튬이차전지는 흑연으로 만든 리튬이차전지보다 8배 이상, 나노구조가 없는 일반 실리콘전극으로 만든 리튬이차전지보다는 2배 이상 용량이 증가했다. 이뿐 아니라 충·방전 특성과 수명도도 크게 향상됐다는 게 연구팀의 설명이다.
리튬이차전지는 한 번 쓰고 버리는 일차전지와 달리 외부 전원을 이용해 충전함으로써 반영구적으로 사용할 수 있는 전지로, 현재 이차전지 시장의 대부분을 차지하고 있다.
실리콘은 기존 리튬이차전지의 음극소재로 사용되는 흑연보다 용량이 10배 이상 큰 차세대 전극물질이지만 리튬과 만나면 부피가 4배가량 팽창해 리튬의 저장능력을 급격히 감소시킨다는 단점이 제기됐다.
김원배 교수는 "리튬이차전지의 차세대 음극소재로 알려진 실리콘의 나노구조별 리튬의 저장특성을 연구한 이번 연구결과는 차세대 리튬이차전지뿐만 아니라 에너지전환장치에도 다양하게 활용될 수 있을 것으로 기대한다"고 연구의의를 밝혔다.
이 연구결과는 나노과학 분야의 권위있는 학술지 '나노 레터스'의 온라인 속보(8월 30일자)에 게재됐다.
/pado@fnnews.com허현아기자
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