인하대, 차세대 배터리 음극재 개발 가능성 높이는 탄소 소재 개발

신소재 개발에 참여한 인하대 연구팀(왼쪽 상단부터 시계방향) 박재희 석사과정생, 오윤지 석사과정 졸업생, 김재호 박사, 양승재 교수, 안동대학교 남승훈 교수[사진=인하대 제공]

인하대학교는 화학공학과 양승재 교수팀이 안동대학교 남승훈 교수팀과 함께 저온 흑연화 공정 개발을 통해 새로운 구조의 나노 탄소 소재를 개발했다고 밝혔다.

현재 상업화된 기존 흑연 기반 음극은 이론용량과 율속특성이 낮아 차세대 에너지 저장시스템에 적용하는 데 한계가 있다. 이러한 약점을 개선한 나노탄소전극이 보고되고 있지만 낮은 흑연화도로 인해 작동전압이 높아지는 단점이 있다.

양승재 교수팀은 멜라민-니켈 배위결합을 유도하고 탄화 공정을 적용하여 흑연 나노결정들이 다방향으로 연결되도록 함으로써 독특한 구조의 탄소 소재 형성에 성공했다. 이를 리튬이온 배터리 음극에 적용할 경우 다방향으로 열린 흑연 나노결정을 통해 리튬이온의 빠른 출입이 가능해진다. 또한 인-시투(In-situ) 라만(Raman) 분석을 통해 리튬 저장 메커니즘도 상세히 규명하는 쾌거도 이뤄냈다.

이번 연구로 기존 흑연음극의 낮은 율속특성을 획기적으로 개선함으로써 빠른 충·방전이 가능한 차세대 배터리의 개발 가능성을 한층 높였다. 연구내용을 담은 논문은 국제적인 학술지인 ‘에너지 스토리지 머티리얼스’에 게재될 예정이다. 한편 이번 연구는 한국연구재단의 중견연구자지원사업과 기초연구실사업, 한국과학기술연구원의 개방형 연구 프로그램 4U사업, 한국재료연구원의 기본 연구 프로그램 사업의 지원을 받아 진행됐다.

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연구를 주도한 양승재 교수는 “간단한 합성방법으로 새로운 탄소나노구조체를 합성하여 기존 흑연전극의 낮은 율속특성을 획기적으로 개선시켰다”며 “상업화 가능성을 검증할 수 있는 추가적인 실험을 통해 고출력 나노탄소전극의 상용화에 한 걸음 더 다가갈 수 있도록 노력하겠다”고 말했다.