2016년 8월 5일 전자신문

한국 과학자들이 리튬이온전지 충·방전 속도를 결정하는 리튬이온과 전극 물질 사이의 속도 공식을 밝혀냈다. 리튬이온전지 성능을 높이는 연구에 속도를 붙일 수 있게 됐다.

한국 연구자가 주도한 가운데 미국 스탠퍼드대, 스탠퍼드대 SLAC(선형가속기센터), 매사추세츠공대(MIT), 로런스버클리국립연구소 연구팀이 리튬이온전지 속을 들여다보는 방법을 알아냈다. 연구 결과는 과학 분야 최고 권위 학술지 가운데 하나인 사이언스의 4일자(현지시각)를 통해 발표했다.

리튬이온전지 충전과 방전 속도를 높이기 위해서는 전해질 속의 리튬이온이 전극물질 안에 들어가는 속도와 나가는 속도가 모두 빨라져야 한다. 하지만 아직 리튬이온이 전극 물질 안에 들어가고 나가는 원리는 알려진 바 없었다

연구팀은 입자가속기와 특수 제작한 미니어처 리튬배터리를 이용해 1㎛ 크기의 배터리 입자 내부로 리튬이온이 들어가는 모습과 나가는 모습을 실시간으로 담았다. 전자가 빛의 속도에 가깝게 가속되면 강한 X선을 방출하는데 이 X선을 배터리 물질에 쬐면 리튬이온 양을 정확하게 측정할 수 있다. 이 원리를 이용해 배터리가 작동되는 원리를 새로운 시공 역학으로 풀어 냈다.

충·방전 과정에서 리튬이온은 전극 입자 표면에 매우 불규칙하게 들어가고 나간다. 불규칙성이 높을수록 배터리 입자에 무리가 가해져서 금이 생기고, 결국 수명이 줄어든다.

연구팀은 방전보다 충전 과정에서 불규칙성이 더 커진다는 것을 밝혀 냈다. 하지만 충〃방전을 빨리 할 경우 불규칙성이 억제돼 배터리 입자에 무리가 덜 가해진다는 사실도 알아 냈다.

임종우 박사는 “이번 연구로 시공 역학을 통해 배터리 관련 연구 발전에 중요한 토대를 마련했다. 배터리의 속도와 수명 향상에 큰 진전을 가져올 것”이라면서 “향후 연료전지나 촉매 같은 전기화학의 광범위한 분야에 응용이 가능해질 것”이라고 밝혔다.

이번 연구는 스탠퍼드대 임종우·소홍윤·이상철 박사와 로런스버클리국립연구소 유영상 박사 등 한국 과학자들이 주도했다.