널리 쓰이는 배터리인 리튬이온전지의 용량을 최대 2배 늘리고 충전 속도도 높일 수 있는 신기술을 한미 공동 연구진이 개발했다. 결혼식답례품광주과학기술원(GIST)은 엄광섭·이주형 신소재공학부 교수와 이정태 경희대 식물환경신소재공학과 교수, 톰 풀러 미국 조지아공대 교수 공동 연구팀이 수소 이온을 활용해 에너지 저장에 적합한 특성으로 소재의 물리화학적 특성을 변형할 수 있는 금속산화물 수소화 기술을 개발했다고 10일 밝혔다. 연구성과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 지난달 5일 게재됐다. 결혼식답례품추천리튬이온전지는 전기차와 전자기기 배터리로 널리 쓰이지만 핵심 부품인 양극재 개발의 한계로 에너지 용량을 늘리는 데 한계가 있는 상황이다. 현재 양극재는 코발트, 니켈, 철, 망간 등으로 만들어지며 에너지 용량은 140~200mA/g(그램당 밀리암페어) 정도다. 돌잔치답례품연구팀은 수소화몰리브데넘 산화물이라는 새로운 소재를 발굴해 이 한계를 극복했다. 이 소재는 기존 대비 1.4~2배 수준인 280mA/g의 에너지 용량을 갖는다. 또 20분 내 170mA/g을 충전할 수 있고 소재 특유의 구조 붕괴 억제 효과로 1000회의 충전이나 방전에도 초기 용량의 76%를 유지하는 수명을 확인했다. 돌잔치답례품추천연구팀은 전기화학 및 분광학 기초실험을 통해 도핑된 수소 이온이 몰리브데넘 산화물의 충방전 시 발생하는 결정 구조의 붕괴 반응을 제한하여 배터리 사이클 안정성이 크게 개선되었음을 확인했다. 계산화학 및 전기화학 분석을 통해 수소 이온이 몰리브데넘 산화물의 대칭적 결정 구조를 뒤틀어 결정 내 리튬 이온이 원활하게 확산할 수 있는 경로가 발생함으로써 빠른 충방전이 가능해진다는 사실도 규명했다.
연구팀은 연구결과를 바탕으로 외부의 에너지 공급 없이 금속 산화물 내에 수소 이온을 삽입할 수 있는 방법론을 새롭게 고안했다. 수소 이온을 활용하여 재료의 물성 특성을 조절할 수 있다는 사실을 확인함으로써 이번 연구 성과의 산업적 활용 가능성 및 실효성 또한 검증했다.
용두용미
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