서울대 강기석 교수팀, 신개념 리튬이차전지 개발 및 에너지 저장 반응 메커니즘 규명
- 에너지 관련 분야 세계적 학술지 네이처 에너지 논문 게재


▲ 서울대 재료공학부 강기석 교수팀: (왼쪽부터) 강기석 교수, 정성균 연구원

서울대 공대(학장 이건우) 재료공학부 강기석 교수 연구팀(정성균 연구원)이 기존 리튬이차전지 양극 소재를 대체할 수 있는 새로운 개념의 나노복합소재를 성공적으로 개발하고 동시에 에너지 저장 반응의 메커니즘을 규명했다고 24일 밝혔다.
지금까지 리튬이차전지의 양극 소재는 전기화학 반응에 필요한 리튬과 산화 및 환원을 할 수 있는 전이금속을 하나의 결정 구조 내에 포함해야 했다. 그러나 이러한 조건을 만족하는 소재는 자연계에 그 수가 매우 적다. 특히 전기자동차와 같은 높은 에너지 밀도의 수요를 충족시켜 줄 소재는 더더욱 제한적이었다.
이에 연구팀은 리튬 화합물과 전이금속 화합물의 단순한 기계화학적(mechanochemical) 혼합을 통해 나노복합양극소재 개발에 착안했으며, 특히 기존에는 양극 소재로 사용될 수 없었던 일산화메탈(MO, M=Mn, Fe, Co)을 이용했다.
그 결과 연구팀은 가격이 저렴하고 자연계에 풍부한 철산화물, 망간산화물을 각각 이용해 양극 특성을 구현했다. 이와 함께 개발된 나노복합양극소재가 리튬 화합물로부터 형성된 음이온의 전이금속 화합물 표면 흡탈착 반응을 통해 에너지를 저장한다는 사실을 규명했다.
강 교수는 “리튬이차전지의 양극 소재를 활용하면 자연계에 존재하는 수많은 전이금속 화합물을 양극 소재로 활용할 수 있다”며, “차세대 이차전지 전극 소재 개발의 가능성을 확장시킴과 동시에 리튬이차전지 소재 개발에 큰 돌파구가 될 것”이라고 설명했다.
이번 연구 결과는 에너지 분야의 세계적 학술지 ‘네이처 에너지(Nature Energy)’에 게재됐으며, 삼성전자 미래기술육성센터의 삼성미래기술육성사업 지원을 받아 진행됐다.