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테크노트 UNIST “차세대 배터리용 실리콘 음극재, 추우면 쉽게 파괴돼”

이현욱 교수팀 연구…액체 물질 실시간 관찰하는 신기술도 제시 논문 2편 학술지 '나노 레터스'에 잇달아 발표 울산과학기술원(UNIST)은 에너지화학공학과 이현욱 교수 연구팀이 국제 학술지 '나노 레터스'(Nano Letters)에 배터리 개발 관련 논문 2편을 잇달아 발표했다고 12일 밝혔다. 첫 번째 논문에서는 차세대 배터리의 음극 소재(음극재)로 꼽히는 실리콘의 온도별 충·방전 특성을 분석했고, 두 번째 논문에서는 투과전자현미경(TEM)으로 액체 물질을 실시간으로 관찰하는 신기술을 제시했다. 첫 번째 논문 내용을 보면 실리콘은 상용화된 음극재인 흑연보다 10배 정도 용량이 커 고용량 배터리 소재의 후보로 손꼽히지만, 충전과 방전을 반복할수록 팽창하면서 단일 입자와 전자가 파괴된다는 단점이 있다. 연구팀은 실리콘을 차세대 음극재로 쓰려면 부피 팽창에 대비한 구조적 안정성을 확보하는 것이 최우선 과제라고 보고 온도별 부피 팽창과 파괴 거동을 분석했다. 연구팀은 방향성이 다른 3종류의 단결정 실리콘 웨이퍼에 전자빔으로 다양한 지름의 실리콘 나노 기둥을 제작한 후 기둥을 중심으로 배터리 셀을 조립해 전기를 충·방전하며 리튬과 실리콘 웨이퍼의 전기화학반응을 살폈다

이동재 기자

2022-09-12 21:31

테크노트 UNIST, ‘나트륨 전지’ 수명 치명타, 양극 소재 미세 뒤틀림 해법 찾았다

헬로티 임근난 기자 | UNIST 에너지화학공학과 이현욱 교수팀은 나트륨 이온 전지의 사용 시간을 늘리는 데 치명적인 걸림돌이었던 미세구조 뒤틀림 현상(얀-텔러 효과)을 억제하는 데 성공했다. 이번 연구로 나트륨 이온전지의 대형 에너지 저장장치 분야(ESS) 상용화가 더욱 빨라질 전망이다. 나트륨 이온전지는 기존 배터리의 리튬 성분을 값싸고 풍부한 나트륨으로 대체한 차세대 전지다. 포항가속기연구소(PAL) 정영화 박사와 싱가포르 난양공대 이석우 교수 연구팀과 함께한 이번 연구는 기능성 소재분야 국제학술지인 어드밴스드 펑셔널 매터리얼즈(Advanced Functional Materials)에 지난 10일자로 공개됐다. 나트륨 이온 전지의 양극으로 적합한 망간계 소재(망간이 포함된 프러시안블루 구조 소재)는 미세구조의 뒤틀림이 심하다고 알려져 있다. 공동 연구팀은 이 배터리 양극 소재 내부의 화학반응 속도를 조절하는 새로운 방법으로 미세구조 변형을 억제하는 데 성공했다. 수용성 고농도 전해질을 사용해 미세 뒤틀림 현상을 효과적으로 억제했고, 그 결과 배터리 용량 감소 현상이 줄고 수명은 늘었다. 수용성 고농도 전해질을 쓰면 유기 저농도 전해질을 쓸 때보다 화학반

임근난 기자

2022-01-30 13:23