양이온 분포조절, 이온 반응 극대화

▲ 리튬 과량 양극소재 자료.
포스텍 연구팀이 최근 전기차 주행거리를 늘릴 고용량 리튬 과량 양극 소재를 선보여 화제다.

포스텍 신소재공학과 강병우 교수, 통합과정 이정화씨 연구팀은 성균관대 에너지과학과 윤원섭 교수팀과 함께 리튬과 전이금속을 포함한 양이온 분포 형태가 전극 물질 초기 반응 활성화와 가역적 전기화학 반응에 중요한 요인이라는 사실을 처음 밝혀냈다.

이를 통해 리튬과 전이금속 분포를 조절하는 방식으로 산소 이온 반응을 극대화하는데 성공했다. 이 연구 성과는 재료분야 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스’에 최근 게재됐다.

개발된 물질은 산소 이온 반응을 극대화해 양극 소재 중 가장 높은 에너지 밀도인 1,100Wh/kg(kg당 1100와트시) 이상 가역 에너지 밀도를 구현할 수 있다. 기존 리튬 과량 양극 소재 에너지 밀도보다 30% 이상 증가한 수치다. 리튬 과량 물질을 사용하는 전지에서 보이는 전압 강하 문제도 이번 연구에서 해결했다.

연구를 수행한 이정화씨는 “이 연구는 차세대 고용량 물질인 리튬 과량 물질에서 리튬과 전이금속의 분포를 조절함으로 배터리 밀도를 높일 수 있는 새로운 접근법”이라며, “이 소재를 기존 상용화된 양극 소재와 대체해 전기자동차에 적용한다면, 주행거리가 훨씬 늘어날 수 있다”고 했다.

공동교신 저자인 강병우 교수는 “이번 연구 성과는 차세대 고용량 리튬전지에서 전기화학 반응의 활성도를 획기적으로 향상시켜 사용 가능한 용량을 증가시킬 수 있는 물질 요인들을 제시했다는데 의미가 있다”며, “비싼 금속 재료를 포함하지 않고, 고용량 리튬전지를 구현할 수 있어 산업에 기여하는 바가 기대된다”고 했다.

한편, 이 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업, 방사선기술개발사업의 지원으로 수행됐다.
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