[충청투데이 최윤서 기자] 기초과학연구원(이하 IBS) 나노입자 연구단 연구팀이 힘세고 오래가는 배터리를 만들 신소재 개발에 성공했다. 개발된 신소재는 기존 배터리의 한계를 극복하고 용량을 30%이상 향상시킨 차세대 고용량 배터리 개발을 견인할 것으로 기대된다.
현택환 단장·성영은 부연구단장이 이끄는 연구팀은 수 나노미터 크기의 이산화티타늄 나노입자를 이용해 기존 배터리의 용량 한계를 극복할 음극 소재로 최적화된 구조를 발굴했다. 우선 연구진은 나노 이산화티타늄 입자의 크기와 구조를 바꿔가며 다양한 구조를 합성했다. 이들은 합성된 각종 나노 구조의 리튬이온수송 과정을 분석해 최적의 구조를 찾아냈다.
그 결과 수 nm 크기 이산화티타늄 입자가 집합체로 모여 속이 빈 구 형태의 2차 입자를 형성할 때 가장 안정적이면서 효율적으로 리튬을 저장한다는 사실을 규명했다.
이어 이 나노구조를 음극으로 적용한 리튬이온전지를 개발하고 미시적 구조와 배터리의 성능 사이 관계를 분석했다. 개발된 배터리는 리튬이온 저장성능을 30% 이상 향상시킬 수 있으며 500회 이상 충·방전을 반복해도 고용량, 고출력 성능을 유지했다.
이번 연구는 나노소재를 이용한 고성능 배터리 개발에 있어 기존 문제점과 한계를 극복하고, 새로운 가능성을 제시한 것으로 평가된다. 연구팀은 “개발된 배터리가 폭발 등 안전문제에서 자유로운 소재를 제작할 수 있는 방안을 제시한 것”이라고 설명했다.
최윤서 기자 cys@cctoday.co.kr