하이브리드카와 전기자동차의 핵심부품인 리튬이온 2차 전지의 성능을 확기적으로 향상시킬 수 있는 원천기술이 개발됐다.

KAIST는 19일, 이 대학 신소재공학과 김도경 교수<사진>가 미 스탠포드대 이 쿠이(Yi Cui) 교수팀과 공동으로 리튬이온 2차전지의 성능을 향상시킬 수 있는 원천기술을 개발했다고 밝혔다. 1차원 나노구조 형태의 리튬망간계 스피넬(spinel, 첨정석)형 양극물질을 나노막대 구조로 대량 합성하는 방법을 개발한 것이다.

이 연구결과는 나노과학 분야 국제적 권위지인 '나노 레터스(Nano Letters)' 11월호에 발표됐다.

리튬이온 2차전지는 하이브리드 자동차와 전기자동차의 핵심기술이다. 최근 휴대용 전자기기 전원공급 장치에서도 주종을 이루고 있다.

현재 상용화된 리튬전지용 양극인 리튬코발트계 소재는 가격이 비싸고, 충·방전시 발생하는 열에 취약한 단점이 있다. 대량의 전류밀도를 필요로 하는 하이브리드 자동차에 적용하기엔 한계가 있는 것.

이에 반해 리튬망간계 양극소재는 원료가 풍부해 가격이 싸고 친환경적인 소재로 평가된다. 특히 안정된 스피넬형 원자구조를 이룰 경우 고온 안정성이 뛰어나다. 다만 충·방전 속도가 느리고, 계속되는 충방전 사이클에 따라 특성이 저하되는 단점이 지적됐다. 이를 극복하기 위해 시도돼 왔던 것이 나노입자화 또는 나노기공의 도입이다.

김 교수팀이 개발한 스피넬구조의 리튬망간 소재를 나노막대 구조로 대량 합성하는 기술은 이런 단점들을 일거에 극복할 성과로 평가받는다. 리튬이온 전지의 양극에 적용한 결과, 높은 전류밀도 조건에서도 충방전 특성이 크게 개선됐다. 계속된 충방전 사이클에서도 특성이 저하되지 않은 것.

KAIST는 "이번에 개발된 나노소재 합성법은 수열합성법과 일반 열처리를 결합한 공정으로 대량생산에 비교적 쉽게 적용할 수 있어 산업화 또한 조기에 이뤄질 것"이라고 전망했다.