인하대·안동대가 새롭게 개발한 탄소 소재의 구조적 장점을 보이는 모식도. /사진=인하대 제공

흑연음극의 낮은 율속특성을 획기적으로 개선

[더팩트ㅣ인천=지우현 기자] 인하대가 새로운 구조의 나노 탄소 소재를 개발해 빠른 충·방전이 가능한 차세대 배터리 개발 가능성이 높아졌다.

인하대는 17일 화학공학과 양승재 교수팀이 안동대 남승훈 교수팀과 함께 저온 흑연화 공정 개발을 통해 새로운 구조의 나노 탄소 소재를 개발했다고 밝혔다.

인하대에 따르면 상업화된 기존 흑연 기반 음극은 이론용량과 율속특성이 낮아 차세대 에너지 저장시스템에 적용하는 데 한계가 있다. 이런 약점을 개선한 나노탄소전극이 보고되고 있지만 낮은 흑연화도로 인해 작동전압이 높아지는 단점이 있다.

양 교수팀은 멜라민-니켈 배위결합을 유도하고 탄화 공정을 적용해 흑연 나노결정들이 다방향으로 연결되도록 해 독특한 구조의 탄소 소재 형성에 성공했다.

이를 리튬이온 배터리 음극에 적용할 경우 다방향으로 열린 흑연 나노결정을 통해 리튬이온이 빠른 출입이 가능해진다. 또 인-시투(In-situ) 라만(Raman) 분석을 통해 리튬 저장 메커니즘도 상세히 규명했다.

이번 연구로 기존 흑연음극의 낮은 율속특성을 획기적으로 개선함으로써 빠른 충·방전이 가능한 차세대 배터리의 개발 가능성을 한층 높였다는 게 인하대의 설명이다.

양승재 교수는 "간단한 합성방법으로 새로운 탄소나노구조체를 합성해 기존 흑연전극의 낮은 율속특성을 획기적으로 개선시켰다"며 "상업화 가능성을 검증할 수 있는 추가적인 실험을 통해 고출력 나노탄소전극의 상용화에 한 걸음 더 다가갈 수 있도록 노력하겠다"고 말했다.

한편, 연구내용을 담은 논문은 국제적인 학술지 '에너지 스토리지 머티리얼스(Energy Storage Materials; IF=17.8)'에 게재된다.

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