원자력연, 은 입자 주입한 맥신 복합체 개발
이온 이동통로 넓혀 덴트라이트 해소..성능 향상
이온 이동통로 넓혀 덴트라이트 해소..성능 향상
한국원자력연구원은 무음극 배터리의 수명과 안전성 저하를 해결할 수 있는 맥신 복합체를 개발했다고 27일 밝혔다.
무음극 배터리는 기존 배터리에서 음극을 제거해 무게는 줄이면서 에너지 밀도를 높일 수 있어 전기차(EV), 에너지저장장치(ESS) 등 경량화가 필요한 분야에서 차세대 배터리로 각광받고 있다.
하지만, 음극이 없는 구조로 배터리 내부에 이온이 고르게 이동하지 않아 리튬이온이 나뭇가지 모양으로 성장하는 덴드라이트 현상이 발생해 배터리 수명과 안정성을 떨어 뜨린다.
연구팀은 탄소와 티타늄으로 이뤄진 매우 얇은 층의 소재인 맥신에 주목했다. 다만 기존 맥신 소재만으로는 이온의 흐름이 원활하지 않아 배터리 구동이 어려웠다. 연구팀은 맥신을 여러 층으로 쌓고, 그 사이에 전기전도성이 높은 초미세 은 입자를 삽입해 층과 층 사이에 미세한 통로를 만들었다.
이 맥신 복합체를 양극에서 이동한 이온이 저장되는 금속판 위에 도포해 이동 통로를 10배 이상 넓혀 이온이 배터리 내부에 골고루 흘러가도록 했다. 이온 흐름이 균일해지면 덴트라이트 현상에 의한 전지 손상이 줄어 배터리 성능과 안전성을 향상시킬 수 있다고 연구팀은 설명했다.
또한 빨대로 음료를 마실 때 내부 압력을 낮춰 외부 공기압이 음료를 밀어 올리는 원리와 유사한 진공여과 방식을 활용해 은 입자를 맥신 층 사이로 빠르게 밀어 넣는 데 성공했다. 맥신 복합체에 대한 성능 검증도 마쳤다. 중성자 소각산란장치를 이용해 이온 이동 경로를 분석하고, 이온 흐름이 원활했고, 맥신 복합체를 무음극 배터리에 넣어 정상 작동하는 것을 확인했다.
이상호 원자력연 박사는 "맥신과 같은 이차원 소재의 미세경로 조절기술은 무음극 배터리의 안전성과 수명을 늘리는 데 기여하고, 향후 이차전지 연구에 다양성을 가져다 줄 것"이라고 말했다.
이 연구결과는 국제 학술지 '물리화학레터(지난 13일자)' 온라인 표지논문으로 실렸다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr
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