부경대 채수종 공업화학과 교수 연구팀이 미국 퍼시픽노스웨스트국립연구소(PNNL) 제이슨 장(Jason Zhang) 박사 연구팀과 공동으로 전기차 주행거리 향상에 필수 소재인 고성능 다공성 실리콘·탄소 복합 음극재를 개발했다.
이번에 개발된 복합 음극재는 흑연 음극재 대비 5배 용량을 내는 것으로 확인됐다.
완전지(full cell) 평가에서도 450회 충·방전 후에도 초기 용량 80%를 유지했다.
소결 현상(입자들이 하나의 덩어리로 되는 과정)을 해결하지 못한 기존 다공성 실리콘 탄소 복합재와 비교하면 15배 이상 향상된 수명을 나타냈다.
연구팀은 원유에서 추출한 피치를 다공성 실리콘 내부로 균일하게 침투시키는 방식으로 실리콘 일차 입자 크기가 쉽게 커지거나 내부 공극 분실 문제를 해결했다.
전자현미경 분석 결과 다공성 실리콘 내부에 존재하는 피치가 고온에서 실리콘 소결 현상을 억제했고 실리콘 부피 변화와 열화를 방지하는 것으로 나타났다.
이번 연구는 저렴하고 쉬운 공정으로 기존 다공성 실리콘 음극재 문제점을 해결할 수 있는 핵심적인 기술로 평가 받고 있다.
향후 전기차 주행거리 향상을 위한 차세대 실리콘 음극재로 활용 가능할 것으로 기대되고 있다.
이번 성과는 재료과학 분야 세계적 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)’ 최신호 온라인에 게재됐다.
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