국립창원대, 차세대 리튬이온배터리 기술개발 돌파구 찾았다
스마트그린공학부 화학공학전공 손영욱 교수 연구팀
'흑연-실리콘 복합 음극'의 성능 최적화 방법 등 제시
국제학술지 'JOURNAL OF POWER SOURCES'에 게재
![[창원=뉴시스]리튬이온전지용 흑연-실리콘 복합 음극의 전극 조건에 따른 물리적 한계를 규명한 국립창원대 손영욱(앞줄 왼쪽) 교수 연구팀.(사진=국립창원대 제공)2025.02.05.photo@newsis.com](https://img1.newsis.com/2025/02/05/NISI20250205_0001763829_web.jpg?rnd=20250205215925)
[창원=뉴시스]리튬이온전지용 흑연-실리콘 복합 음극의 전극 조건에 따른 물리적 한계를 규명한 국립창원대 손영욱(앞줄 왼쪽) 교수 연구팀.(사진=국립창원대 제공)[email protected]
대학에 따르면 손 교수팀은 흑연-실리콘 복합 음극의 실리콘 함량 조건에 따른 물리적 한계를 규명하고 성능을 최적화할 수 있는 방법을 제시했다.
현재 리튬이온전지의 음극 소재로 사용되는 흑연(graphite)은 안정성이 뛰어나지만 이론용량이 372mAh/g로 제한적이다.
이에 이론용량이 3579mAh/g에 달하는 실리콘이 대체 물질로 주목 받고 있지만 실리콘 음극은 사이클 중 부피 팽창 문제로 전극 내구성이 저하되는 한계가 있다.
이의 극복을 위해 손영욱 교수팀은 흑연-실리콘 복합 음극의 실리콘 함량에 따른 물리적 제약을 분석하고 최적의 전극 로딩 및 밀도를 조사했다.
그 결과 실리콘 함량이 증가할수록 음극의 물리적 한계가 낮아지고, 전극 로딩 및 밀도를 조절하는 것이 중요한 변수가 된다는 사실을 확인했다.
특히 전극 로딩 및 밀도를 최적화함으로서 기존 흑연 전극 대비 우수한 충·방전 속도 성능을 확보하는데 성공했다.
![[창원=뉴시스]국립창원대 손영욱 교수 연구팀의 흑연-실리콘 복합 음극의 전극 조건에 따른 물리적 한계 규명 연구 요약도.(자료=국립창원대 제공)2025.02.05.photo@newsis.com](https://img1.newsis.com/2025/02/05/NISI20250205_0001763830_web.jpg?rnd=20250205220052)
[창원=뉴시스]국립창원대 손영욱 교수 연구팀의 흑연-실리콘 복합 음극의 전극 조건에 따른 물리적 한계 규명 연구 요약도.(자료=국립창원대 제공)[email protected]
특히 이번 연구 성과는 배터리 성능 향상은 물론, 차세대 하이에너지 배터리 상용화를 앞당길 것으로 기대된다.
손영욱 교수는 "리튬이온전지 음극 분야에서 전극 조건 설계에 대한 연구는 상대적으로 미흡한 가운데, 이번 연구 성과는 흑연-실리콘 음극의 고로딩화 및 고밀도화에 관한 연구에 중요한 통찰력을 제공했다"면서 "앞으로 연구 논문 발표뿐만 아니라 산업에도 실제적인 도움이 되도록 하기 위해 최선을 다하겠다"고 전했다.
이번 연구는 한국연구재단 기초연구사업(우수신진연구), 지자체-대학 협력기반 지역혁신사업 지원을 받아 수행됐다.
연구성과 논문 '하이에너지 리튬이온전지에 대한 흑연-실리콘 복합 음극의 전극 조건에 따른 물리적 한계'는 국제저명학술지 'JOURNAL OF POWER SOURCES(Impactor factor=8.1, JCR Q1)'에 게재됐다.
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