한국산업기술대 한신호·장석용 교수팀 논문 사이언티픽 최신호 게재

한국산업기술대학교는 한신호(생명화학공학과, 사진 왼쪽)·장석용(에너지전기공학과) 교수팀의 논문 ‘가교 고분자를 이용한 리튬 이차전지용 실리콘 음극의 제조[Fabrication of Si negative electrodes for Li-ion batteries (LIBs) using cross-linked polymer binders]’가 세계적 과학저널 네이처 자매지인 사이언티픽 리포츠(Scientific Reports) 최신호에 게재됐다고 26일 밝혔다.

 

이 논문은 리튬 이차전지용 실리콘(Si) 음극에 사용하는 고분자 바인더의 단점을 개선할 수 있는 방법을 개발한 것으로, 이를 통해 기존 실리콘 음극 보다 리튬 이차전지의 용량을 획기적으로 향상시킬 수 있는 기술을 제시한 것으로 알려졌다.

 

실리콘은 리튬 이차전지용 음극의 활물질 중 가장 높은 이론적 최대용량(3572mAh g-1)을 보유하고 있지만 전기화학적인 충전ㆍ방전 반응을 하는 동안에는 심각한 부피팽창이 진행되는 문제가 있지만, 연구팀은 이때 적용되는 고분자 바인더의 종류에 따라 전기 화학적 성능이 크게 변화한다는 점과 그 구조가 리튬 이온전지용 실리콘 음극의 성능을 향상시킬 수 있다는 점에 주목했다.

 

그동안 리튬 이차전지용 실리콘 음극의 바인더는 용매에 녹는 선형고분자 및 공중합체 바인더에 의존해왔다. 연구팀은 “내구성과 물리ㆍ화학적 안정성, 접착 특성이 우수하나 잘 녹지 않아 사용제한이 많은‘가교 고분자’를 리튬 이차전지용 실리콘 음극의 바인더로 적용해 일반 실리콘 음극보다 5배 이상의 가역 용량과 650 mAh g-1이상의 초기충전용량을 구현했다”고 설명했다.

 

또 “가교 고분자는 대부분 용매에 녹지 않아 리튬 이차전지용 바인더 적용이 불가능한 게 사실”이라며 “다만 가교 고분자를 포함하는 리튬 이차전지용 실리콘 음극은 기능성 모노머 (functional monomer)ㆍ실리콘ㆍ전도재 혼합물을 경화시키는 방법으로 제조가 가능하다는 점에 착안해 리튬 이차전지용 실리콘 음극의 전기 화학적 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 기술적 토대를 마련했다”고 말했다.

 

한편, 한신호·장석용교수 연구팀은 이차전지와 연료전지 분야에서‘기능성 고분자’에 대한 연구로 저명한 국제 SCI 학술지에 논문을 게재하는 등 관련 분야에서 큰 성과를 나타내고 있다.

시흥=이성남기자