조재필 울산과기대 교수팀 리튬 이차전지 신소재 개발

국내 연구진이 전기자동차와 하이브리드 자동차 등에 널리 쓰이는 리튬 이차전지(축전지)를 2분 안에 완전 충전할 수 있는 기술을 개발했다. 대량 생산이 쉽고, 성능이 월등하다는 점에서, 올해만 수백억 달러 이상으로 추정되는 전 세계 이차전지 시장 선점 효과가 기대된다.

조재필 울산과학기술대(UNIST) 교수팀과 LG화학기술연구원 배터리연구소 공동연구팀은 “게르마늄(Ge)과 안티모니(Sb)를 이용해 새로운 리튬 이온 이차전지 전극 소재를 개발했다.”고 15일 밝혔다. 연구 결과는 응용화학분야의 세계적 권위지인 ‘앙게반테 케미’에 VIP논문으로 게재됐다. 연구팀은 게르마늄 나노선(단면 지름이 수십억분의 1m인 선) 표면에 안티모니 나노입자를 덧씌우고, 이를 섭씨 700도 고온에서 열처리하는 신기술을 개발해 나노선의 중심부에 200㎚ 지름의 나노튜브를 만들었다.

연구팀은 이어 이 나노튜브를 리튬이온 이차전지의 전극으로 사용하자 2분내에 완전 충전과 방전이 가능했으며, 400회 충·방전을 반복한 후에도 전지용량이 98% 이상 유지됐다고 밝혔다. 이는 현재 상용차에 탑재된 전지보다 높은 유지율이며, 전극의 리튬 저장 능력은 기존 제품의 3배 이상으로 측정됐다.



이차전지용 전극을 속이 빈 빨대모양의 나노튜브로 만들면 충·방전을 빠르게 할 수 있다는 사실은 이론적으로 널리 알려져 있었지만, 이를 실제 제품으로 만들어낸 것은 조 교수팀이 처음이다. 이 전극은 기존 전지 충전기보다 200배 이상 전류를 강하게 흘려도 안정적으로 충·방전이 가능한 것으로 나타났다고 연구팀은 설명했다.

연구진은 “이 방법은 대량 합성이 가능해 상용화에 적합한 것으로 평가됐다.”면서 “이차전지소재 및 반도체나노분말 합성 관련 연구 분야에서 획기적 전기를 마련한 성과”라고 평가했다. 리튬 이차전지의 세계시장 규모는 올해 200억 달러를 넘을 것으로 예상되며, 이 중 전극 소재 시장만 80억 달러 수준에 이른다. 조 교수는 “국제특허 출원을 이미 마쳤으며, 지적재산권 선점 차원에서도 중요한 의미가 있다.”고 밝혔다. 이 연구는 교과부의 신기술융합형 성장동력사업의 지원을 받아 수행됐다.

박건형기자 kitsch@seoul.co.kr