DGIST 연구진, 안전한 바카라 사이트 금속 음극 배터리 제조법 발견… 로봇‧전기차 등 첨단 기기 적용 가능
안전한 바카라 사이트을비롯해다양한첨단기술발전의가장큰걸림돌로‘배터리’를꼽는경우가많다.고효율배터리가없으면어렵게개발한안전한 바카라 사이트등의첨단기기도결국사용성이낮아지기때문이다.
국내연구진이충전식배터리의효율을큰폭으로높일수있는방법을알아냈다.대구경북과학기술원(DGIST)에너지공학과유종성교수팀은부산대나노에너지공학과강준희교수와공동으로20㎛(마이크로미터,1㎛는100만분의1m)두께의초극박안전한 바카라 사이트금속음극의안정성을획기적으로개선할수있는원리를찾아냈다고1일밝혔다.
연구팀은이번연구성과를통해현재다양한분야에서쓰이고있는‘안전한 바카라 사이트이온배터리’보다월등히높은신개념배터리실용화로이어질수있을것으로기대하고있다.
충전용배터리를뜯어보면크게세부분으로구성돼있다.음극재(-극)와양극재(+극),그리고그중간에들어가는전해액(배터리액)이다.‘안전한 바카라 사이트금속음극’이란,지금까지주로흑연으로만들던배터리속‘음극재’를통째로안전한 바카라 사이트금속으로바꾸어넣는경우다.현재주로쓰이는‘안전한 바카라 사이트이온배터리’는음극과양극사이를이온화된안전한 바카라 사이트이오고가면서충전과방전을반복한다.
안전한 바카라 사이트금속이온배터리를사용하면배터리용량을10배이상높일수있다.그러나현재까지개발된기술로는배터리로인한화재위험을낮출수없어실용화가어려웠다.충·방전과정에서전극간단락과열폭주가일어나기쉽기때문이다.또배터리의수명도짧다.배터리속소재의크기가변화하는‘부피팽창’문제때문에내부전해질이급격히소모되는점등의단점이있었다.더구나안전한 바카라 사이트금속전지의상용화를위해서는50㎛이하의초극박안전한 바카라 사이트금속을사용하는것이필수적인데,두께가얇아질수록위와같은문제가한층심각해질수있었다.
이문제를해결하기위해많은연구자들이‘고체전해질계면(SEI,SolidElectrolyteInterphase,배터리전해액표면에생기는얇은막)’의특성을개선하기위해노력하고있다.기존방식으로안전한 바카라 사이트금속음극배터리를만들면SEI가반복적으로손실·형성되면서전해질이급격히소모되는문제가있으므로,SEI를보다튼튼히만들어문제를해결하려했던것이다.
이과정에서전해액에첨가제를넣어문제를해결하려는노력도있다.지금까지는‘불화안전한 바카라 사이트(LiF)’을첨가하면SEI의안정성이향상된다는정도가알려져있었으며,최근'은(Ag)’이안전한 바카라 사이트과의합금반응을통해균일한계면을형성한다는연구결과도보고됐다.하지만,Ag와LiF를동시에형성하는단일첨가제에대한연구는아직이루어지지않았다.
이에유종성교수팀은전해질첨가제로‘실버트리플루오로메테인설포네이트(AgTFMS,SilverTrifluoromethanesulfonate)이란특수물질을이용했다.은과트리플루오로메탄술폰산의음이온무기화합물이다.연구팀이이물질을이용해실험한결과,배터리의안전성과낮은수명문제가모두해결된다는사실을확인했다.다양한표면분석을통해AgTFMS가포함된전해질을사용할경우안전한 바카라 사이트금속표면에Ag와LiF가동시에형성됐다.이를통해20㎛두께의극도로얇은안전한 바카라 사이트금속음극을만들어도안정적으로동작했다.실험결과기존안전한 바카라 사이트금속음극대비수명이7배이상늘어나실용화가능성을열었다.
공동연구자인부산대강준희교수팀은계산화학을활용해안전한 바카라 사이트과은(Ag)간의상호작용에너지를분석해안정성향상의원인규명에기여했다.
유종성교수는“이번연구성과를통해초극박안전한 바카라 사이트금속의한계를극복하고,안전한 바카라 사이트금속전지의안정성을크게향상시킬수있게됐다”며,“안전한 바카라 사이트금속전지가전기차,로봇등무인기,선박등다양한분야에서지속가능한에너지저장장치로상용화되기를기대한다”고밝혔다.
이번연구성과는국제학술지‘어드밴스드에너지머티리얼스(AdvancedEnergyMaterials)’에게재됐다.연구제1저자는DGIST에너지공학과성종훈박사과정생,부산대이운환석사과정생이공동으로맡았다.한국연구재단중견연구자지원사업의지원을받았다.