UNIST연구진, 차세대 배터리 상용화 성큼
UNIST연구진, 차세대 배터리 상용화 성큼
  • 강은정
  • 승인 2019.06.27 22:32
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리튬 금속 배터리, 내구성·안정성 문제 해결
UNIST 연구진이 차세대 배터리로 꼽히는 리튬 금속 배터리의 내구성과 안정성 문제를 해결해 상용화에 한발짝 다가섰다.

UNIST 이상영·곽상규 에너지 및 화학공학부 교수팀은 탄소나노튜브에 리튬이 갇히는 원리를 규명, 물속에서도 안전하게 리튬을 저장하는 방법을 제안했다고 27일 밝혔다.

탄소나노튜브는 지름이 수 ㎚(나노미터·1㎚는 10억 분의 1m)인 속이 빈 원기둥(튜브) 모양 탄소 소재로, 상호작용에 따라 다발 구조를 이룬다. 리튬 이온을 저장할 수 있어 배터리 소재로 활용될 수 있지만, 저장 효율이 낮아 쓰임은 제한적이었다.

낮은 저장 효율은 기존에 ‘탄소나노튜브 표면 부반응에 의해 리튬 이온이 소모된다’는 가설로 설명됐다. 그러나 가설은 튜브 표면적이 작아져도 부반응에 참여하는 리튬 이온 숫자가 그대로인 현상을 설명하지 못했다.

연구진은 탄소나노튜브 표면이 아닌 ‘각 다발이 이루는 내부 구조’에 주목했다. 튜브 다발의 밀도를 정밀하게 제어하면서 그 구조에 따른 현상을 관찰한 결과, 튜브 다발 사이에 이온이 갇히는 현상을 확인했다.

그동안 탄소나노튜브의 낮은 저장 효율이 표면 부반응에 의해 리튬 이온이 소모됐기 때문이 아니라, 이온이 다발 내부 구조에 갇혀 반응에 참여하지 못해서라는 점을 밝힌 것이다.

연구진은 이 현상을 거꾸로 이용해 리튬 금속 배터리 안정성을 높이는 방법을 제시했다. 리튬 금속은 물이 닿으면 금방 반응해 폭발할 수 있는데, 이 문제를 해결하고 안정성을 높인 것이다. 기존 리튬 저장 물질보다 5배 이상 용량이 커진다는 점도 확인했다.

이번 연구는 나노분야 국제학술지 ‘나노 레터스’(Nano Letters) 온라인판에 게재됐으며, 표지 논문으로 선정돼 출판을 앞두고 있다. 강은정 기자





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