포스텍, 고극성 불소화 계면층 적용한 음극소재
불소의 강한 전기적 특성 활용..높은 용량 구현
불소의 강한 전기적 특성 활용..높은 용량 구현
포스텍은 김원배 화학공학과·배터리공학과 교수와 강송규 화학공학과 박사 연구팀이 '망간(Mn)-철(Fe) 산화물' 음극재에 강한 전기적 특성을 가진 불소화 계면층을 적용해 용량과 안정성을 높인 음극 소재를 개발했다고 26일 밝혔다.
전기차 시장에서 높은 용량과 안정성의 배터리 개발을 위해 강자성 전환 음극재가 주목받고 있다. 이 음극재는 배터리 충·방전 과정에서 금속 산화물이 나노 크기의 강자성 금속으로 변환돼 일반 음극재보다 더 많은 리튬 이온을 저장할 수 있다.
하지만, 비가역적 용량 손실, 불안정한 계면 형성, 낮은 전도도 등 여러 문제를 안고 있다. 연구팀은 갈바닉 치환 반응을 이용해 망간(Mn)-철(Fe) 이종 산화물을 합성하고, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)로 용액상 코팅을 한 뒤 탄화 과정을 통해 고극성의 '불소화 탄소 계면층'을 만들었다. 갈바닉 치환 반응은 고체 금속이 다른 금속 이온과 접촉할 때, 전자가 이동해 다른 금속 이온으로 데채되는 전기화학 반응이다.
이 소재는 불소의 강한 전기적 특성을 이용해 표면 극성을 높여 더 많은 리튬을 저장하고, 강자성 전환 반응을 통해 높은 용량을 구현할 수 있다. 연구팀은 이 소재를 3분 이내 급속 충전 조건에서 상용화 음극재와 비교한 결과, 최소 140% 이상 성능이 향상됐고 300번 급속 충·방전 사이클 후에도 92% 이상의 용량이 유지되는 등 안정성을 확인했다고 설명했다.
김원배 포스텍 교수는 "고극성 계면 제어기술을 통해 고에너지밀도 음극재의 한계를 극복한 새로운 연구결과로, 전기차 주행거리와 내구성, 충전속도를 모두 높이는 데 기여할 것"이라고 말했다.
이 연구결과는 재료과학 분야 국제학술지인 '어드밴스트 펑셔널 머터리얼스(지난달 9일)'에 표지 논문으로 실렸다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr
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