부경대학교 고민성 교수(금속공학과)는 울산과학기술원(UNIST) 조재필 김성엽 교수팀과 공동으로 이차전지의 음극소재인 실리콘의 부피 팽창을 수용할 수 있는 탄소지지체를 디자인하는 데 성공했다. 전기자동차의 주행거리를 대폭 늘릴 수 있는 차세대 음극소재가 개발된 것이다. 연구결과는 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 온라인판에 게재됐다.
현재 전기자동차용 이차전지의 음극소재로 사용하는 흑연은 이론적으로 사용 가능한 용량이 낮다. 전기자동차의 한정된 배터리 수용 공간을 최대로 활용해도 1회 충전에 450km 이상 주행이 어려웠다.
고 교수는 연구를 통해 탄소지지체가 갖는 50nm(1nm은 10억분의 1m)를 초과하는 마크로기공을 자유롭게 조절할 수 있는 기술을 개발했다. 자체 개발한 균질코팅 합성법을 이용해 실리콘을 복합화하는 방식으로 실리콘의 부피 팽창을 수용하는 데 성공했다.
이 탄소지지체를 이차전지에 적용한 뒤 두께 측정 시스템으로 실리콘의 부피 팽창을 측정한 결과 탄소지지체의 기공들이 충전과정에서 실리콘의 부피 팽창을 수용했다. 높은 용량을 가지는 실리콘이 팽창 두께는 흑연과 유사한 것으로 나타났다.
고 교수는 “이번 연구로 전지의 성능과 안정성을 동시에 높이는 원천 기술을 확보해 700km 이상 주행거리를 갖는 전기자동차 개발을 한층 앞당길 수 있을 것으로 기대한다. 기공 크기를 제어한 탄소지지체의 제조는 매우 간단한 공정으로 대량 합성이 가능하기 때문에 전기자동차는 물론 중대형 에너지 저장장치 등에도 다양하게 활용할 수 있다”고 설명했다.

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