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탄소 대신 실리콘 쓴 리튬이온전지 좋긴 한데…

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탄소 대신 실리콘 쓴 리튬이온전지 좋긴 한데…

2015.06.08 18:00
한국기초과학지원연구원(KBSI) 제공 

국내 연구진이 실리콘을 이용한 리튬이온전지 상용화를 앞당길 수 있는 단초를 발견했다.

 

조지웅 한국기초과학지원연구원(KBSI) 선임연구원(사진) 팀은 실리콘을 적용한 리튬이온전지를 충전하거나 방전할 때 발생하는 변형 상태를 실시간으로 확인하는 데 성공했다고 8일 밝혔다.

 

현재 상용화 된 리튬이온전지는 음극으로 탄소를 이용한다. 값싸고 풍부한 실리콘 소재를 쓰면 탄소와 동일한 질량만으로 전기 저장 용량이 10배나 증가하지만 충방전 시 발생하는 부피 팽창이 문제였다. 충전할 때 부피가 최대 300%까지 커지면서 전지 구조가 손상되고 전기 저장 용량이 급격히 줄어든다.

 

연구진은 이 문제를 해결하기 위해 최근 활발하게 연구 중인 ‘나노금속틀’ 기술에서 충전 시 발생하는 구조 변화를 실시간으로 모니터링하는 데 성공했다. 나노금속틀 기술은 실리콘 음극이 급격히 팽창하는 것을 막기 위해 3차원 금속 틀에 넣는 방식이다. 하지만 지금까지는 충전 과정에서 금속 틀에 가해지는 힘이 어느 정도이며 어떻게 분산되는지 확인할 수 없었다.

 

연구진은 입자가속기를 이용해 재료 내부에서 발생하는 전체적인 변형을 분석하는 데 성공했다. 그 결과 전지를 충전할 때 실리콘 음극이 팽창하는 동안 충전 전도에 따라 금속 틀에 힘이 얼마나 작용하는지 실시간으로 확인하는 데 성공했다.

 

조 연구원은 “충방전 시 금속 틀과 실리콘 사이에서 어떤 일이 일어나는 지 구체적으로 알 수 있게 됐다”며 “실리콘 리튬이온전지 상용화 연구에 도움이 될 것”이라고 말했다.

 

연구 결과는 국제학술지 ‘어드밴스트 에너지 머티리얼스’ 5월 26일자 온라인판에 게재됐다.

 

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