아주대 공동 연구팀, 이차전지 소재 활용 흑연입자 측정 기술 개발

국제 저명 학술지 권두삽화 게재

[수원=뉴시스] 아주대학교 상징물 선구자상. (사진=아주대 제공) 2025.01.09. [e-mail] *재판매 및 DB 금지

[수원=뉴시스] 박종대 기자 = 국내 연구진이 미세유체 채널을 활용해 이차전지 소재로 활용되는 비 구형 흑연 입자를 측정하는 기술을 개발했다.

9일 아주대학교에 따르면 김주민 교수(화학공학과·대학원 에너지시스템학과)와 황종국 교수(화학공학과) 연구팀이 십자 형태의 미세유체 채널을 활용해 비 구형 흑연 활물질의 형상을 정량적으로 측정하는 기술을 개발했다.

이번 연구는 아주대 연구팀이 주도했으며 서울대와 한경대, 미국 조지아공과대학 연구팀이 참여했다. 아주대 김주민·황종국 교수가 공동 교신저자로, 아주대 박지인 석사과정생이 제1저자로 함께 했다.

공동 연구팀은 바이오 및 제약 분야에서 주로 사용된 '미세유체소자 기술'을 비 구형 입자의 형상 분석에 적용했다.

실험의 개념 입증을 위해 활물질로 구상화된 천연 흑연과 대조군으로 평판 형상의 볼밀 흑연을 사용했다.

특히 점탄성 고분자 수용액을 사용해 점탄성 입자 집속법을 통한 입자 개개의 분석을 실현했다. 또 십자 형태의 채널을 사용해 채널 내부에서 발현되는 평판 신장 유동장과 압축 유체 흐름을 이용해 흑연 입자의 측면으로의 회전과 정렬을 유도하며 비 구형 입자의 측면을 관찰할 수 있도록 했다.

연구팀은 이를 통해 흑연 입자의 크기와 형상의 정량적 차이가 배터리 음극 슬러리의 유변학적 물성에도 차이를 가져온다는 점을 확인했다. 이어 판상형에 가까운 흑연 활물질일수록 음극 슬러리에서 강한 항복 응력을 보여 슬러리의 분산 안전성을 유지할 수 있다는 점을 파악했다.

공동 연구팀은 해당 기술을 통해 흑연의 측면 형상 분석을 활용하면 배터리 충·방전 성능 향상과 대량 생산 등 2가지 장점을 함께 달성할 수 있을 것으로 기대한다.

이번 연구는 한국연구재단 기본연구, 우수신진연구 사업 및 선도연구센터 사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구 내용은 국제 학술지인 '스몰'(Small) 11월호 권두삽화로 게재됐다.

김주민 아주대 교수는 "미세유체 소자 기술을 리튬 이차 배터리 연구에 적용해 흑연 입자의 측면 형상을 성공적으로 측정했다는 것이 이번 연구가 지니는 의미"라며 "배터리 대량 생산 과정에서의 결함 발생 빈도를 줄이고, 수율을 높일 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

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