이병선 단국대 교수

이병선 교수팀이 개발한 탄소음극재(100나노 이하 입자가 뭉쳐진 구 형태의 마이크로 입자)

[용인신문] 단국대학교(총장 김수복) 이병선 교수팀(파이버융합소재공학전공)이 기존 음극재보다 성능이 대폭 향상된 하드카본 계열의 탄소음극재를 개발했다.

이 교수에 따르면 이차전지 구성 요소인 음극재는 통상 흑연과 실리콘이 사용된다. 흑연은 에너지 저장 용량이 낮고 급속 충전 시 화재 원인이 되며 실리콘은 충·방전을 반복할 경우 부피 변화로 수명이 크게 단축된다.

연구팀은 이런 문제를 개선하고자 한국생산기술연구원과 미국 아르곤 국립연구소(Argonne National Laboratory) 등과의 공동 연구를 통해 양극재에서 활용되는 구(球) 형태의 마이크로 이차입자에서 아이디어를 얻어 기존 하드카본 계열 음극재보다 출력과 수명이 늘어난 음극재 개발에 성공한 것이다.

연구팀 논문에 따르면 새로 개발한 음극재는 고속충전 시(18분 기준) 배터리 용량의 78%까지 충전되며 500회 이상 충·방전을 반복해도 초기 배터리 용량의 84%를 유지하는 등 기존 대비 뛰어난 성능을 보였다.

연구성과는 화공 분야 세계적 학술지 Chemical Engineering Journal(Impact factor: 16.744) 2022년 11월 온라인판에 게재됐다. 논문명은 ‘상용 양극재를 모방한 고출력 장수명 이차전지용 하드카본 음극재’(Layered oxide cathode-inspired secondary hard carbon microsphere anode material for high-power and long-life rechargeable batteries)다.

이 교수는 “상용화된 양극 소재의 구조적 장점을 활용해 음극재를 새롭게 설계했다”며 “음극재의 입자 크기 조절이 가능해 양산시 충분한 경쟁력을 확보할 수 있을 것”이라고 전망했다. 현재 관련 기술은 국내 및 미국, 중국 등 해외에 특허 출원된 상태다.