강미숙 교수. 영남대 제공영남대학교 화학과 강미숙 교수 연구팀이 차세대 리튬이온전지 분야에서 세계적으로 눈길을 끈 연구 성과를 발표했다. 해당 연구 결과를 담은 논문 두편은 이 달 초 에너지 소재 분야의 국제학술지인 'Energy Storage Materials'와 'Advanced Science'에 동시에 실렸다.
23일 영남대에 따르면 첫 번째 연구는 고속충전 배터리의 성능을 떨어뜨리는 문제 중 하나인 '전극–전해질 계면(CEI)의 불안정성'을 해결한 혁신적인 사례다.
연구팀은 알루미늄(Al), 플루오린(F), 탄소(C) 세 가지 원소를 동시에 코팅하는 방법으로, 리튬불화물(LiF)이 균일하게 성장하는 계면층을 만들어냈다.
이를 통해 리튬이온이 빠르고 안정적으로 이동할 수 있도록 했으며, 기존보다 10배 빠른 충전 속도에서도 안정적인 성능을 유지하는 배터리 전극을 개발했다. 이 기술은 리튬인산철(LFP) 양극 소재에 적용돼, 초고속 충전 환경에서도 2천회 이상 성능을 유지하는 것으로 확인됐다.또한 니켈계 고용량 양극(NCM)에도 확장 적용이 가능하다는 것을 입증했다.
이 연구는 강미숙 교수와 경북대학교 유지영 교수가 공동 교신저자로 참여했으며, 문호준 석사과정 졸업생이 제1저자로 기여했다.(Energy Storage Materials, IF 20.2, JCR 4.78%)
두 번째는 친환경 업사이클링 기술을 활용해 배터리 음극 소재를 개발한 사례다.
연구팀은 메탄 열분해 반응 후 발생한 Fe@C900(철 내포 탄소 나노 구조체) 촉매 잔여물을 재활용해 새로운 음극 소재를 만들었다. 이 소재는 자성을 가진 철(Fe) 코어와 양파모양탄소(onion-like carbon) 쉘 구조를 가지고 있으며, 외부 자기장을 활용해 리튬이온의 확산 경로를 스핀 정렬시켜 도전재 없이도 기존 그라파이트 음극 소재보다 150% 향상된 성능을 구현했다.
이 연구는 촉매 잔여물을 고부가가치 소재로 탈바꿈시켰다는 점에서 환경 보호와 기술 혁신이라는 두 가지 목표를 동시에 달성했다는 평가를 받고 있다. 강미숙 교수와 물리학과 김기현 교수가 공동 교신저자로, 고명석 석사과정 졸업생이 제1저자로 참여했다.(Advanced Science, IF 14.1, JCR 7.17%)
두 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 2019년도 선정 지역혁신선도연구센터의 지원을 받아 수행됐다.
강미숙 교수는 "양극 소재의 인터페이스 설계와 폐촉매 업사이클링 기반 음극 자성체 소재 개발이라는 상반된 전략으로 차세대 에너지 저장 기술의 가능성을 넓히고자 했다"고 말했다.