전기차, 지금보다 10배 이상 주행거리 가능성 열었다

포스텍·서강대 공동연구팀, 10배 이상 용량 내는 실리콘 음극활물질 개발

포스텍 박수진 교수

포스텍 김연수 교수

서강대 류재건 교수

국내 연구팀이 지금보다 10배 이상의 용량을 내는 실리콘 음극활물질개발에 성공했다.

포스텍 화학과 박수진 교수·신소재공학과 김연수 교수 연구팀이 서강대 화공생명공학과 류재건 교수 연구팀과 공동으로 기존 음극활물질인 흑연을 대체하는 10배 이상의 용량을 가진 안정적인 고용량 음극활물질을 개발했다.

연구성과는 재료공학 분야 권위지인 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈'에 표지논문으로 게재됐다.

연구팀은 실리콘과 같은 고용량 음극활물질은 음극소재인 흑연에 비해 10배 이상의 용량을 낼 수 있어 고에너지밀도 리튬 이차전지로 가기 위한 필수 요소라는 점에 주목했다.

하지만 고용량 음극활물질의 경우 리튬과 반응할 때 나타나는 부피팽창 때문에 전지 성능과 안정성을 확보하기 어렵다는 단점이 있다. 부피팽창을 잘 잡아줄 수 있는 고분자 바인더가 필요하다는 의미다.

지금까지 고용량 음극활물질의 바인더 연구는 화학적 가교와 수소결합에 집중돼 있었다. 화학적 가교는 바인더끼리 결합하기 때문에 단단하지만 한번 끊어지면 다시 회복될 수 없고, 수소결합은 결속력이 약하다는 단점이 있다.

이에 공동연구팀은 전하 기반 고분자를 통해 수소결합뿐만 아니라 양전하와 음전하 사이의 인력(쿨롱의 힘)을 이용한 차별성도 구현해냈다. 쿨롱의 힘은 부피팽창을 쉽게 억제할 수 있다는 강점을 갖고 있다.

박수진 포스텍 교수는 "이 연구는 고용량 음극활물질의 도입으로 리튬이차전지의 에너지밀도를 크게 증가시킬 수 있고 그에 따라 전기차의 주행거리도 늘릴 수 있을 것으로 예상된다"며 "실리콘 음극활물질로 10배 이상 길어진 주행거리도 가능할 것으로 보인다"고 했다.