GIST,배터리 양극재 성능 획기적 향상 신기술 개발

(광주=뉴스1) 조영석 기자 = 광주과학기술원(GIST)은 신소재공학부 엄광섭 교수와 이주형 교수, 경희대학교 이정태 교수 공동연구팀이 수소 이온을 활용해 에너지 저장에 적합한 금속 산화물 수소화 기술을 개발했다고 10일 밝혔다.

연구팀이 개발한 합성법은 금속 산화물과 산성 용액에 녹아 있는 금속이온의 표준환원전위의 차이를 통해 금속 산화물의 결정성 내부로 도핑되는 수소의 양을 매우 정교하게 조절할 수 있을 뿐만 아니라 금속 산화물 결정상의 조절 및 변형이 가능한 기술이다.

현재 상용 단계에 있는 리튬 이온 배터리 양극 소재는 코발트, 니켈, 철, 망간 등을 사용하고 있으나 이들의 에너지 용량은 약 140~200 mA/g로 이미 한계에 도달한 상황이다.

이에 따라 고에너지 용량을 저장할 수 있는 몰리브데넘 산화물(이론 용량: 279 mA/g)이 주목을 받고 있지만 배터리 충/방전 중 발생하는 결정 구조의 붕괴 현상에 따른 내구성 문제와 낮은 이온전도성으로 인한 느린 충/방전 속도로 인해 상용화에 어려움이 있다.

연구팀이 개발한 수소화-몰리브데넘 산화물 양극 소재는 상용 소재 대비 약 1.4~2배에 해당하는 280 mA/g의 높은 에너지를 저장할 수 있고, 약 20분 이내에 170 mA/g의 에너지를 빠르게 저장 및 사용할 수 있다.

또 수소화-몰리브데넘 산화물 양극재는 기존 몰리브데넘 산화물이 가지고 있는 고질적 문제인 구조 붕괴 현상이 억제돼 1000회 충/방전 이후에도 초기 용량의 약 76%를 유지할 만큼 수명이 향상됐다.

엄광섭 교수는 "이번 연구는 금속 산화물 수소화 반응의 작동 원리를 규명했다는 점에 학술적 의의가 있다"며 "특히 수소 이온을 활용하여 재료가 가진 고유한 물성을 매우 용이하게 조절함으로써 향후 에너지 소재 개발에 새로운 장을 마련할 것으로 기대된다"고 말했다.

연구 결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature communications)'에 2024년 12월 5일 온라인 게재됐다.

kanjoys@news1.kr