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나노입자로 힘세고 오래가는 배터리 만든다

나노입자로 힘세고 오래가는 배터리 만든다

유용하 기자
유용하 기자
입력 2018-12-10 13:56
업데이트 2018-12-10 13:56
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이산화티타늄 나노입자 구조 변경으로 효율 30% 향상

리튬이온배터리 이미지
리튬이온배터리 이미지
국내 연구진이 힘세고 오래가는 배터리를 만드는 기술을 개발했다.

기초과학연구원(IBS) 나노입자연구단은 이산화티타늄 나노입자를 이용해 용량을 30% 이상 향상시킨 차세대 고용량 배터리를 만드는데 활용할 수 있는 신소재를 개발했다고 10일 밝혔다. 이번 연구결과는 화학분야 국제학술지 ‘미국화학회지’ 최신호에 실렸다.

현재 각종 스마트 기기나 전기자동차에 사용되고 있는 배터리는 리튬이온전지이다. 전지 수요 증가로 인해 고용량 배터리 개발이 필요하지만 리튬이온전지로는 한계가 있다. 이 때문에 많은 연구자들이 리튬이온전지 용량을 높이기 위해서는 현재 활용되고 있는 탄소전극을 대신할 수 있는 새로운 음극소재를 사용해야 한다.

연구진은 수 나노미터 크기의 이산화티타늄 나노입자를 이용해 기존 배터리의 용량 한계를 극복해 음극소재로 쓰기 최적화된 구조를 찾아냈다. 사실 격자구조를 가진 이산화티타늄은 격자 사이에 리튬을 저장할 수 있어 배터리 용량을 높이기 최적화된 것으로 알려져 있지만 실제 음극에 활용하면 용량이 절반 수준에 그친다는 한계가 있었다.

연구팀은 이산화티타늄 입자가 집합체로 모여 속이 텅 빈 구의 형태를 이룰 때 가장 안정적이고 효과적으로 리튬을 저장할 수 있다는 사실을 밝혀냈다. 연구팀은 실제로 구 형태로 만들어진 이산화티타늄 나노구조로 리튬이온전지 음극을 만든 다음 포항방사광가속기에서 X선 분광실험을 통해 배터리의 미시구조와 성능 관계를 분석했다.

그 결과 구형태의 이산화티타늄 입자로 음극을 만든 리튬이온전지는 저장성능이 30% 이상 크고 500회 이상 충전과 방전을 되풀이해도 고용량, 고출력 성능을 유지하는 것으로 나타났다.

성영은 IBS 나노입자연구단 부연구단장은 “이번 연구는 나노소재를 이용한 고성능 배터리 개발에서 나타난 기존 문제점과 한계를 극복했다는데 의미가 크다”며 “이번에 개발된 구조는 이산화티타늄 뿐 아니라 모든 나노입자에 적용가능해 나노입자를 활용해 배터리 성능을 향상시킬 수 있는 새로운 길을 연 것”이라고 설명했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

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