국내 연구진, 금속-유기 하이브리드 전극 소재 개발
흑연보다 5배 높은 방전 용량… 자동차 등 활용 기대
[충청투데이 강승구 기자] 한국에너지기술연구원은 영하 20도의 혹한에서도 안정적으로 작동하는 이차전지용 금속-유기 하이브리드 전극 소재를 개발했다고 13일 밝혔다.
현재 리튬 이차전지의 음극을 구성할 때 가장 많이 쓰이는 소재는 흑연이다.
영하의 온도에서는 저장 용량이 급격히 떨어지고, 충전 과정에서 음극 표면에 덴드라이트를 형성해 열폭주와 폭발이 일으킨다는 단점이 있다.
연구진은 티안트렌 기반의 유기 리간드와 니켈 금속이온을 조합해 전도성 금속-유기 구조체 ‘SKIER-5’를 개발했다.
이를 적용한 이차전지 음극재는 영하의 환경에서 흑연보다 5배 높은 방전 용량을 나타냈다.
또 연구진은 포항가속기연구소의 X-선 구조 분석을 통해 이온의 산화 환원 반응이 용량 증가를 일으킨다는 것도 확인했다.
탄소로 구성된 흑연과 달리 니켈 이온과 헤테로 원소를 포함한 유기 구조체는 리튬 이온과 상호작용해 전자가 이동하는 산화 환원 반응이 일어난다.
에너지연 관계자는 “특히, 혹한기 상황에서도 안정적인 군사 임무 수행이 가능해 온도 변화가 급격한 환경에서 자동차, ESS, 정보통신기기 등에 널리 사용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
이번 연구는 재료과학 분야의 세계적인 학술지 ‘저널 오브 머티리얼즈 케미스트리 에이’의 표지 논문으로 선정됐다.
강승구 기자 artsvc3@cctoday.co.kr