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[1일IT템] 풀러렌이 리튬이온 배터리속 흑연 대체

부산대 조채용 교수, 균일하고 순수한 풀로렌 제조법 개발
이렇게 만든 풀로렌으로 리튬이온 배터리 음극을 만든 결과
흑연보다 많은 리튬이온 저장하고 1000회 이상 성능유지
배터리. 게티이미지 제공
배터리. 게티이미지 제공


[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 리튬이온 배터리 속 흑연을 대체할 수 있는 풀러렌 제조법을 개발했다. 이 풀러렌으로 만든 리튬이온 배터리는 비용량이 흑연보다 2배 이상 높았으며, 1000회 이상의 충방전에도 성능이 유지됐다.

한국연구재단은 부산대 조채용 교수팀이 균일하고 순수한 풀러렌을 만들 수 있는 열증발-냉각법을 개발했다고 1일 밝혔다.

풀러렌은 흑연과 같은 탄소로 이뤄졌지만 평면 구조의 흑연과 달리 탄소 원자 60개가 축구공 같은 모양을 하고 있다.

연구진은 "현재 사용중인 리튬이온 배터리에도 바로 활용이 가능할 정도의 성능이 나왔다"고 설명했다.

연구진은 이 풀러렌을 리튬이온 배터리의 음극으로 만들었다. 풀러렌이 이론적으로 리튬이온을 12개 저장하는 것으로 파악됐지만, 실제 실험결과 최대 21개의 리튬이온을 저장했다. 또한 1000회 이상의 충방전에도 90% 이상의 성능이 유지됐다.

기존에도 풀러렌의 여러 기능성 그룹을 결합하거나 구조를 변형시켜 용량을 높이려는 시도는 있었다. 연구진은 "이번 연구결과가 순수한 풀러렌을 결정화해 얻은 것으로 차별화된다"고 설명했다.

축구공 모양의 풀러렌이 흑연보다도 리튬이온을 더 많이 저장할 수 있다. 부산대 조채용 교수 제공
축구공 모양의 풀러렌이 흑연보다도 리튬이온을 더 많이 저장할 수 있다. 부산대 조채용 교수 제공
조채용 교수는 "실용화를 위해서는 대량 생산과 단가가 문제인데, 이것은 저렴한 기본 풀러렌 분말 소재를 확보하고 이에 걸맞는 열처리로를 수정하면 해결될 것"이라고 말했다. 또한 조 교수는 "이와 더불어 소재 가격이 낮은 나트륨 기반의 배터리가 성공적으로 만들어지면 훨씬 더 높은 경쟁력을 가질 것"이라고 전망했다.

연구진은 흑연 대신 풀러렌을 음극으로 적용할 경우 리튬이온 이차전지에서 높은 에너지 밀도와 장기 안정성을 유지할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

또한 연구진은 리튬이온 증가에 따른 풀러렌 결정구조 변화를 이론적으로 시뮬레이션하는 연구를 지속할 계획이다.

이번 연구결과는 재료분야 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)' 10월 28일자로 게재됐다.

monarch@fnnews.com 김만기 기자