[한국기술뉴스] 경북대 응용화학과 석사과정 김정환 연구원은 한국세라믹기술원 최정현 박사팀의 권지수 연구원(경북대 신소재공학부 졸업)과 함께 차세대 음극 소재인 실리콘에 적용될 수 있는 기능성 도전재를 개발하였다.

실리콘 음극은 기존 흑연 음극에 비해 약 10배 이상의 이론용량을 발휘하는 차세대 음극 물질 중 하나이다. 하지만 배터리 충방전 시 실리콘이 리튬과 반응하며 발생하는 부피팽창은 전극에 여러 가지 문제를 일으킨다. 부피팽창과 수축이 반복되면 전극을 구성하는 음극 활물질 간 거리가 멀어지게 되고, 이때, 기존에 도전재로서 사용되는 점 형태의 카본 블랙은 전자를 제대로 전달하지 못한다.

음이온 고분자 코팅을 통해서 친수성으로 개질된 탄소나노튜브 도전재는 유기 액체전해질의 함침성을 높여줄 뿐만 아니라 1차원 선형태의 전자이동통로를 제공하여 전자를 효과적으로 전달할 수 있다. 이는 사이클 이후 실리콘 활물질에 전자를 효과적으로 전달하지 못하는 카본 블랙 도전재의 문제점을 크게 개선하는 효과를 보여주었다.

지도교수 김주현 교수는 “EV 시장에서 원하는 배터리 스펙을 맞추기 위해서는 실리콘 음극의 개발 및 상용화가 시급하다. 이번 연구에서 개발된 도전재는 실리콘/흑연 블렌딩 전극에서 150 사이클 이후에도 용량보존율 85%와 쿨롱 효율 99.9%의 성능을 나타내었다. 이는 실리콘 음극의 이상적인 도전재 디자인을 제시하여 고용량 실리콘 배터리 공정 개발에 큰 도움을 줄 것이다.” 라고 밝혔다.

해당 연구는 한국연구재단의 지원을 받아 수행되었으며, 전기화학 및 에너지 변환 저명 국제학술지인 “Journal of Power Sources” 9월 1일 온라인 판에 게재된다.