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KAIST, ´리튬이온 이차전지용 고성능 나노선´ 개발

  • 송고 2010.09.15 09:23 | 수정 2010.09.15 09:25
  • 최정엽 기자 (jyegae@ebn.co.kr)

내연기관 출력 맞먹는 고성능 리튬 전지 개발 길 열어

KAIST(한국과학기술원 총장 서남표) 신소재공학과 김도경(사진) 교수팀이 ´리튬망간산화물 미세나노선´ 을 개발, 전기자동차 상용화를 위한 가장 큰 걸림돌인 배터리 문제를 해결하는 데 한 걸음 더 나아가게 됐다.

리튬이온 이차전지는 에너지 밀도가 높고 기억 효과가 없으며, 사용하지 않을 때 자연방전이 일어나는 정도가 매우 낮다.

15일 KAIST에 따르면 이번에 개발된 물질은 기존 리튬이온 이차전지용 양극물질에 비해 100배 이상의 출력밀도(Power density. 단위 무게당 출력되는 전력의 정도)를 나타내며, 제조기법이 단순하고 공정비용도 저렴해 향후 전기자동차용 배터리 분야에 폭넓게 이용될 수 있을 것으로 기대된다.

일반적으로 리튬이온 이차전지는 전기자동차용 배터리에 적용되기에는 충분히 높은 출력밀도를 가지지 못한다.

하지만 김 교수팀은 10nm(나노미터, 10억분의 1m) 미만 굵기의 미세나노선 구조를 대량 합성해 양극물질에 적용함으로써, 기존 리튬이온 이차전지보다 100~200배가량 높은 출력밀도를 나타내는 데 성공했다. 이는 엔진으로 사용되는 내연기관의 출력밀도에 근접한 수준이다.

하지만, 지금까지 개발된 리튬이온 이차전지는 내연기관의 출력밀도에 훨씬 미치지 못해 중량이 많이 나갔다. 또한, 값비싼 원료와 공정법을 이용하는 등 리튬이온 이차전지는 전기자동차에 사용하는 데에 있어서 극복해야 할 한계를 안고 있었다.

이번 연구에서는 김교수 팀은 10nm 미만의 미세한 나노선이 가지는 구조적 유연함을 이용해 기존 리튬망간산화물이 지니고 있었던 ´얀-텔러 뒤틀림(Jahn-Teller distortion. 리튬이온전지의 충전과 방전 시 양극물질의 구조가 뒤틀려져 성능이 급격히 저하되는 것)´ 현상을 극복했다.

높은 출력밀도를 보인 리튬망간산화물(리튬이온전지에 이용되는 양극재료 중의 하나로 현재 상용화되는 리튬 코발트 산화물에 비해 가격이 저렴하며 친환경적임) 미세 나노선 제조에 관한 연구는 산업적 응용이 조기에 가능할 것으로 예상되며, 국가 과학기술 경쟁력 제고 측면에 기여할 것으로 기대된다.

한편, 이번 연구 결과는 나노기술(NT) 분야의 가장 권위 있는 학술지인 ´나노 레터스(Nano Letters)´지 8월 26일자 온라인 판에 게재된 바 있으며, 현재 국내특허 출원 중이다.


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