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KIST 나노기술로 고용량.고출력 이차전지 개발

㈜AMO(대표 김병규)와에 기술이전 및
이차전지 소재 제조기술 통상 실시 계약(선급금 5억원)을 체결

(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 국내 연구진이 한 번 충전으로 휴대전화나 노트북 컴퓨터를 더 오래 사용하고 고출력이 요구되는 전기자동차에도 활용할 수 있는 고효율 이차전지용 나노 전극 소재 제조기술을 개발, 상용화를 추진한다.

한국과학기술연구원(KIST. 원장 금동화)은 11일 에너지재료연구단 김일두(34) 박사팀이 고용량ㆍ고출력 특성이 있는 이차전지용 나노섬유 전극 소재를 값싸게 대량생산할 수 있는 신기술을 개발했다고 밝혔다.

KIST는 이 기술의 상용화를 위해 ㈜AMO(대표 김병규)와 이차전지 소재 제조기술 통상 실시 계약(선급금 5억원)을 체결했으며 이 회사는 고용량ㆍ고출력 이차전지 양산 공정 개발에 착수, 2~3년 내에 응용제품을 출시할 계획이다.

이차전지는 양극과 음극이 분리막으로 분리돼 있고 전지를 장시간 사용하려면 고용량 특성의 음극소재가 필요하며 큰 출력이 요구되는 전기자동차 등에서는 고출력 양극소재가 필요하다.

그러나 현재 상용된 흑연계 음극소재는 충전 이론 용량이 372㎃h/ｇ로 저장능력에 한계가 있어 장시간 사용이 어렵고, 흑연계보다 용량이 월등히 큰 실리콘(4천200㎃/ｇ)이나 주석(900㎃/ｇ) 계열 소재는 충방전 시 부피변화(200~350%)가 커 수명이 짧은 단점이 있다.

이런 부피변화 문제는 음극소재를 나노입자나 나노와이어로 만들어 극복할 수 있으나 실리콘이나 주석 계열 나노입자 및 나노와이어는 가격이 너무 높아 대량생산에 어려움이 있었다.

김 박사팀은 이 연구에서 음극소재는 물론 다양한 양극소재를 실을 뽑는 것과 같은 전기방사 방식을 이용해 나노섬유로 값싸게 대량으로 생산할 수 있는 기술을 개발했다.

김 박사는 "나노섬유 전극소재는 표면적이 넓고 섬유 사이의 열린 공간을 통해 리튬이온이 빠르게 이동, 고출력 특성이 우수하다"며 "현재 사용되는 리튬전지에 이 기술을 적용하면 충전시간을 반으로 줄이고 사용시간은 2배 이상으로 늘릴 수 있다"고 말했다.

이 기술로 주석계열 나노섬유 음극소재를 만든 결과 전지가 고효율에서도 600㎃/ｇ 이상의 고용량 특성을 유지하고 충방전을 500회 반복해도 전극 안정성이 유지되는 것으로 나타났다.

김 박사는 "1차원 나노섬유 구조의 전극소재를 이용해 이차전지를 제조, 높은 충방전 효율과 고속 출력이 동시에 가능해졌다"며 "장시간 사용이 가능한 휴대용 이차전지와 고출력 특성이 필수적인 하이브리드 전기자동차 등에 활용가치가 높을 것"이라고 말했다.

<사진설명: KIST 김일두 박사가 나노기술로 만든 고용량ㆍ고출력 리튬전지를 실험을 하고 있다.>