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8배 이상 오래가는 배터리 나온다

조재필 교수팀, 고효율 리튬이차전지 기술 개발


노트북과 휴대전화 같은 휴대용 전자기기를 지금보다 8배 더 오래 쓸 수 있는 고효율 전지 기술을 국내 연구진이 개발했다.

한양대 응용화학과 조재필 교수팀은 휴대용 전자기기에 쓰이는 리튬이차전지의 전기 저장 한계를 극복할 수 있는 새로운 음극재료인 ‘3차원 다공성 실리콘 분말’을 개발했다고 화학분야 국제학술지 ‘앙게반테 케미’ 인터넷판 10월 27일자에 밝혔다.

리튬이차전지는 전기 효율이 낮은 흑연을 음극재로로 사용해 노트북의 경우 2시간밖에 사용하지 못하는 단점이 있었다. 이 때문에 연구자들은 흑연 대신 실리콘을 음극재료로 이용해 전기 저장효율을 높이는 연구에 주력해 왔다. 그러나 실리콘은 리튬과 반응할 때 급격한 부피 팽창으로 부서지는 문제가 있었다.

조 교수팀은 실리콘에 실리카(이산화규소)를 넣고 불화수소산(HF) 용액으로 실리카만 녹여내는 방법으로 크기 200nm(1나노미터는 10억분의 1m), 두께 40nm인 기공을 가진 ‘3차원 다기공 실리콘 분말’을 개발했다.

이 분말은 실리콘이 리튬과 반응할 때 발생하는 부피팽창을 완화해 실리콘이 부서지는 것을 막아준다. 조 교수는 “3차원 다기능 실리콘 분말의 개발로 리튬과 실리콘 합성 시 발생하는 전지의 저효율과 저장능력 감소 문제를 한꺼번에 해결했다”며 “기존 전지보다 8배 이상 전기 저장이 가능하고 에너지 효율도 90% 이상 높은 전지를 4~5년 안에 상용화할 수 있을 것이다”고 설명했다.



3차원 다기공 실리콘 분말. 아래 확대사진의 분말표면에 많은 기공들이 보인다. 사진 제공 조재필 교수

 

 

 서금영 동아사이언스 기자 symbious@donga.com

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