이기선 공주대 교수팀, 리튬이차전지용 실리콘 음극소재 개발

[한국대학신문 백수현 기자] 이기선 공주대학교(총장 원성수) 공과대학 신소재공학부 교수팀이 리튬이차전지용 고용량 고효율 실리콘 음극소재 개발했다

이기선 교수팀은 한국연구재단과 기초연구사업으로 국제권위학술지(ACS 저널, Applied Materials & Interfaces, 2020년 11월 online 게재)발표 및 관련 특허를 출원했다.

연구팀(제1저자 Reddyprakash Maddipatla, 교신저자 이기선 교수)은 수십 마이크로미터 크기의 조대한 크기의 실리콘 분말을 고에너지밀링법에 의해 약 100 나노미터 크기로 단시간 분쇄했다. 이렇게 제조된 분말의 표면에 균일한 실리콘 산화막(SiOx)을 형성했으며, 최종적으로 전도성 흑연분말과 나노복합구조(Si/SiOX@C)화된 음극소재분말을 제조했다.

개발된 분말소재를 사용해 셀을 제작하고 평가한 결과, 기존의 탄소계 소재 대비 3배 이상의 전기화학적 방전용량, 높은 충방전효율(99.5%), 안정적 용량유지율(약 90%, 300싸이클)을 보여 충방전 속도를 달리해 시험하였을 경우에도 특성의 재현성을 나타냈다.

이기선 교수는 “범 지구적 환경문제로 인해 우리 곁에 전기자동차 시대가 성큼 다가왔으나 이동통신, 전기자동차 등에 활용되고 있는 리튬이차전지의 음극소재는 에너지저장용량이 낮은 탄소계 소재가 주로 사용되고 있다. 기존 탄소소재의 경우 낮은 방전용량으로 인해 에너지저장용량에 한계를 드러내어, 이에 대한 대안으로 고용량 고효율 실리콘계 음극소재의 상용화 기술개발을 개발해 왔다”고 밝혔다.

한편, 리튬이차전지용 고용량 고효율 실리콘 음극소재 개발로 실리콘계 음극소재가 갖고 있던 충방전 과정에서 나타나는 구조적 열화문제 해결의 단초를 제공했다는 점에서 의미가 있다. 특히 실험실적 규모의 기술이 아닌 대용량 제조기술에 기초해 연구된 결과라는 점에서 향후 추가연구과정에서 상용화에 대한 기대를 갖고 있다.