인하대, 차세대 배터리 음극재 관련 탄소 소재 개발

저온 흑연화 공정 통해 질소 도핑한 흑연 나노쉘 개발

양승재 인하대 교수팀과 남승훈 안동대 교수팀이 새롭게 개발한 탄소 소재의 구조적 장점을 보이는 모식도.

【파이낸셜뉴스 인천=한갑수 기자】 인하대학교는 화학공학과 양승재 교수팀이 안동대학교 남승훈 교수팀과 함께 저온 흑연화 공정 개발을 통해 새로운 구조의 나노 탄소 소재를 개발했다고 17일 밝혔다.

상업화된 기존 흑연 기반 음극은 이론용량과 율속특성(충·방전 속도에 따라 용량 유지율이 좋아지거나 나빠지는 특성)이 낮아 차세대 에너지 저장시스템에 적용하는 데 한계가 있다. 이러한 약점을 개선한 나노탄소전극이 보고되고 있지만 낮은 흑연화도로 인해 작동전압이 높아지는 단점이 있다.

양승재 교수팀은 멜라민-니켈 배위결합을 유도하고 탄화 공정을 적용해 흑연 나노결정들이 다방향으로 연결되도록 함으로써 독특한 구조의 탄소 소재 형성에 성공했다.

이를 리튬이온 배터리 음극에 적용할 경우 다방향으로 열린 흑연 나노결정을 통해 리튬이온의 빠른 출입이 가능해진다.

또 인-시투(In-situ) 라만(Raman) 분석을 통해 리튬 저장 메커니즘도 상세히 규명했다.

이번 연구로 기존 흑연음극의 낮은 율속특성을 획기적으로 개선함으로써 빠른 충·방전이 가능한 차세대 배터리의 개발 가능성을 한층 높였다.

연구내용을 담은 논문은 국제적인 학술지인 ‘에너지 스토리지 머티리얼스’에 게재된다.

한편 이번 연구는 한국연구재단의 중견연구자지원사업과 기초연구실사업, 한국과학기술연구원의 개방형 연구 프로그램( 4U사업, 한국재료연구원의 기본 연구 프로그램 PNK7340 사업의 지원을 받았다.

양승재 교수는 “간단한 합성방법으로 새로운 탄소나노구조체를 합성해 기존 흑연전극의 낮은 율속특성을 획기적으로 개선했다”고 말했다.

[e-mail] 한갑수 기자