고용량 음극 소재 실리콘의 내구성을 획기적으로 늘리는 합성 기술
[아웃소싱타임스 이윤희 기자] 전기차 주행거리를 3배 이상 늘릴 수 있는 배터리 기술이 국내 연구진을 통해 개발됐다.
소재과학분야 국제 학술지 '네이처 에너지'에 따르면 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 연구팀은 리튬이온배터리의 고용량 음극 소재 실리콘의 내구성을 획기적으로 늘리는 합성 기술을 개발한 것으로 확인된다.
전기차는 1회 충전시 탑재된 배터리 용량에 따라 주행거리가 정해진다. 이때 주행거리에 큰 영향을 미치는 것이 바로 음극소재다.
현재 사용되는 리튬이온배터리의 음극소재는 흑연인데 흑연보다 이론적 용량이 10배 이상 큰 소재가 바로 실리콘이다.
그러나 실리콘으로 음극을 만들 경우 충전시 실리콘 부피가 3배 이상(360%) 부풀어 오른다는 문제점 때문에 전기차에 활용되기 어려웠다. 큰 폭으로 팽창과 수축이 반복되면 구조적 손상과 가스에 의한 폭발 위험에 노출되기 때문이다.
현재 전기차 배터리는 흑연에 실리콘 소재를 5% 안팎으로만 포함시켜 사용하거나 덩어리 실리콘을 잘게 부숴 합성하는 방식을 활용하고 있다.
연구팀은 양자역학계산을 통해 원료물질을 가스형태로 만들어 합성하는 기상증착을 통해 실리콘 입자를 1나노미터 이하로 줄이는데 성공한 것으로 전해졌다.
실리콘 음극재의 부피 팽창률은 흑연소재와 유사한 15% 내외로 줄였다.
개발된 실리콘 기반 음극소재는 전기자동차 뿐 아니라 고용량 에너지 저장시스템(ESS)에도 적용 가능할 것으로 보인다.
연구를 이끈 조재필 특훈교수는 “이번 기술은 실리콘 입자 성장과정에 대한 이해를 바탕으로 단점을 효과적으로 해결한 합성법을 찾았다는데 의미가 있다”라며 “더군다나 이번 개발한 기술은 대량생산이 쉽고 생산비용 절감효과도 있을 것”이라고 말했다.
