고효율 ‘이차전지’로 휴대폰 사용시간을 획기적으로 늘린다

KIST, 나노기술 이용한 고출력 이차전지 개발 

고효율 이차전지 나노소재 제조 기술이 개발돼 주목된다. 

16일 한국과학기술연구원에 따르면 에너지재료연구단 김일두 박사팀이 고용량 · 고출력 전지 특성의 나노섬유 전극소재를 적은 비용으로 손쉽게 대량 생산할 수 있는 신기술을 개발했다.이에 따라 한 번 충전만으로 휴대폰이나 노트북을 장시간 사용하고, 고출력이 요구되는 전기자동차에 활용할 수 있는 가능성이 열렸다.

일반적으로 전지를 장시간 사용하기 위해서는 고용량 특성을 가진 음극소재가 필요하다. 특히 높은 출력이 요구되는 전기자동차 등에는 고출력 양극소재가 필요하다. 그러나 현재 상용화되고 있는 흑연계 음극소재는 이론 용량이 372mAh/g으로 리튬이온을 저장하는 능력에 제한이 있어 장시간 사용이 힘들다.

한편 기존 흑연계보다 용량이 월등히 높은 음극소재로 실리콘(4200mAh/g)이나 주석(900mAh/g) 계열의 소재가 활발히 연구되고 있다. 하지만 이러한 소재들은 충·방전시 체적 변화(200∼350%)가 크게 발생되어 수명(사이클 특성)이 매우 짧은 단점이 있다. 부피 변화 문제는 나노입자나 나노와이어 음극소재를 이용하여 극복할 수 있으나, 실리콘 및 주석계열의 나노입자 및 나노와이어는 가격이 너무 높아 대량생산에 어려움이 있었다.

김 박사팀이 개발한 나노섬유 제조기술은 음극소재뿐만 아니라 다양한 양극소재를 저가에 대량으로 제조할 수 있는 장점이 있다.특히 전극소재가 섬유상의 구조를 가지고 있어 표면적이 넓고 섬유 사이의 열린 공간을 통해 Li 이온이 빠르게 이동할 수 있어 고출력 특성이 우수하다.
 

나노소재 제조기술 관련 6건 특허 출원 중

일례로 주석계열의 나노섬유를 음극소재로 사용할 경우 고율(High Rate, > 2C)에서도 600mAh/g 이상의 고용량 특성을 유지할 수 있다. 이때 1차원 나노섬유 구조가 리튬과의 반응시 발생하는 체적변화를 크게 완충하여수명 단축 문제를 획기적으로 개선할 수 있다.

한국전지연구조합 보고에 따르면,2015년 세계 이차전지 시장은 30조원에 달할 것으로 추산되며, 하이브리드자동차 시장은 연 47. 6% 이상 폭발적으로 성장할 것으로 예상된다.이번에 개발한 2차전지용 나노소재 제조기술과 관련해 6건의 특허는 한국, 미국, 일본, 중국 및 PCT에 출원 중이다.

김일두 박사는 “1차원 나노섬유 구조를 가진 전극소재를 이용하여 이차전지를 제조함으로써 높은 충 · 방전 효율과 고속 출력이 동시에 가능해졌다”며 “장시간 사용이 가능한 휴대용 이차전지와 고출력 특성이 필수적인 하이브리드 전기자동차 등에 활용가치가 높을 것”이라고 밝혔다.

KIST는 최근 (주)AMO(대표 김병규)와 ‘이차전지 소재 제조기술’에 대한 통상 실시 계약을 체결했다. (주)AMO는 KIST로부터 전극활물질 원천 제조기술을 이전받아 고출력, 고용량 이차전지를 양산하기 위한 공정개발에 착수한 후,2∼3년 내에 다양한 이차전지 응용제품을 출시할 계획이다. 

 

 

<<< 출처 : 사이언스 타임즈 http://www.sciencetimes.co.kr/
<<<글 : 김재호 기자 |jhkim@kofac.or.kr