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테크노트 KAIST-LG엔솔, 고용량 배터리 수명 향상 원리 영상화

전기자동차에서 볼 수 있는 고용량 배터리에 사용되고 있는 실리콘 활물질은 기존 음극 활물질인 흑연 대비 높은 용량 값(4200 mAh/g)을 갖고 있으나, 충전 및 방전 간 400%에 달하는 높은 부피 팽창/수축률이 배터리 수명에 악영향을 미치고 있다. 이를 해결하기 위해 단일벽 탄소나노튜브를 소량 첨가해 수명 특성이 향상되는 결과를 얻었는데, 이런 향상이 어떻게 가능한지 나노스케일에서 영상화한 연구 결과가 공개됐다. KAIST는 신소재공학과 홍승범 교수 연구팀이 LG에너지솔루션과 협업해 배터리의 수명 특성 향상 메커니즘 영상화 결과를 국제학술지 '에이씨에스 에너지 레터스'에 게재했다고 19일 밝혔다. 연구팀은 이전에는 실리콘 활물질이 충·방전을 거치면서 전자 전도 네트워크가 열화되는 과정을 영상화했는데, 이번 연구에서는 단일벽 탄소나노튜브의 존재로 인해서 그 형태를 유지하고 있는 전자전도 네트워크가 활물질 내에 균일한 충·방전이 가능하도록 기능하고 있음을 보여 수명 증대 메커니즘을 검증했다. 구체적으로 연구팀은 원자간력 현미경(Atomic Force Microscopy) 기반의 켈빈 프루브 현미경(Kelvin Probe Force Microscopy)를 이

이창현 기자

2023-09-19 13:24

일반뉴스 대용량 리튬금속전지, 출력·안정성 높이고 상용화 ‘한걸음’

한국전기연구원 김병곤 박사팀, ‘1차원 중공 코어-다공성 쉘 탄소 나노섬유’ 개발 한국전기연구원(KERI) 차세대전지연구센터 김병곤 박사팀의 리튬금속전지 관련 연구결과가 높은 수준을 인정받아 국제 저명 학술지에 표지논문으로 게재됐다. 기존 리튬이온전지가 흑연 음극에 리튬 이온을 탈·삽입해 에너지를 내는 구조라면, 리튬금속전지는 부피가 크고 무거운 흑연을 사용하지 않고, 리튬금속 자체를 음극으로 사용하는 전지다. 리튬금속 음극은 흑연 음극(372mAh/g)과 비교해 이론상 저장용량이 10배 이상(3860mAh/g) 높아 전기차나 에너지저장장치(ESS) 등 대용량 전지가 필요한 분야에서 큰 관심을 받고 있다. 하지만 이러한 장점에도 불구하고, 충·방전 시 리튬금속을 효과적으로 저장하지 못하면 리튬이 나뭇가지 모양으로 성장하는 일명 ‘수지상 결정(dendrite)’이 형성돼 점점 부피가 커지는 문제가 발생한다. 이는 전지의 수명 저하와 내부 단락에 따른 화재·폭발 사고로 이어질 수 있다. 이를 해결하기 위해 KERI가 개발한 기술은 ‘중공 코어(Core) 다공성 쉘(Shell) 구조의 탄소 나노섬유’다. 먼저 ‘중공 코어’ 부분에는 리튬 친화성 물질인 ‘금’ 나노

이동재 기자

2022-08-29 09:52

일반뉴스 리튬금속전지용 고효율 리튬 저장 기술 개발돼...저장용량 10배↑

헬로티 이동재 기자 | 한국전기연구원(이하 KERI) 차세대전지연구센터 김병곤 박사가 리튬금속전지용 고효율 리튬 저장 기술을 개발했다. 관련 논문은 저명 국제학술지에 게재됐다. 기존 리튬이온전지는 흑연으로 이루어진 음극에 리튬 이온을 삽입해 에너지를 내는 구조로, 스마트폰과 노트북 등 전자기기의 전력원으로 널리 사용되어 왔지만, 흑연 자체의 무게와 부피로 인해 높은 저장 에너지를 확보하는 데에 한계를 가지고 있었다. ‘리튬금속전지’는 리튬금속 자체를 음극으로 사용하는 전지다. 리튬금속 음극은 기존 흑연(372mAh/g) 음극과 비교해 이론상 저장용량이 10배 이상(3860mAh/g) 높아 전기차 등 대용량 전지가 필요한 분야에서 큰 관심을 받고 있다. 하지만 리튬금속 역시 충·방전을 거듭할수록 나뭇가지 모양의 수지상 결정이 형성되어 부피가 커지고, 전지의 수명 저하와 화재·폭발 등의 위험성으로 이어진다는 치명적인 문제를 가지고 있다. KERI 김병곤 박사는 리튬 친화성 물질인 ‘금’ 나노 입자가 내부에 소량(무게 비 1%) 포함된 ‘코어-쉘(Core-Shell)’ 구조의 ‘탄소 나노 파이버’를 제작했고, 코어 내부에 리튬을 선택적으로 저장함으로써 리튬 전·탈

이동재 기자

2021-09-13 14:08