UPDATED. 2024-03-29 15:12 (금)
순수 결정질 풀러렌 기반 리튬이온 이차전지 개발
순수 결정질 풀러렌 기반 리튬이온 이차전지 개발
  • 최아름 기자
  • 승인 2021.10.31 13:11
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

흑연 음극재 대비 고용량과 장수명 성능 보여
C60 나노입자의 전기화학적 성능 및 형상/미세구조 . [사진=한국연구재단]
C60 나노입자의 전기화학적 성능 및 형상/미세구조 . [사진=한국연구재단]

[정보통신신문=최아름기자]

순수 결정질인 풀러렌 기반의 리튬이온 이차전지가 국내 기술로 개발됐다.

한국연구재단은 조채용 부산대학교 교수 연구팀이 새로운 열증발-냉각법을 개발해 수백 나노미터 크기의 균일하고 순수한 풀러렌 결정질 나노입자를 얻는 데 성공했다고 밝혔다.

풀러렌(C60)은 탄소(C) 원자가 60개로 오각형 12개 육각형 20개로 연결된 축구공 모양의 매우 안정한 분자로 탄소 동소체 중의 하나다. 탄소 원자 60개가 축구공 모양으로 모인 풀러렌은 리튬이온 이차전지 소재로의 응용을 위해 많은 연구가 진행됐다. 하지만 기존 합성법으로는 비정질 형태로 크기도 불균일한 풀러렌에 만족해야 했다.

조 교수 연구팀은 풀러렌 결정질 나노입자를 기존 리튬이온 이차전지 음극소재인 흑연과 비교해 비용량이 2배 이상 높았으며 1000회 이상 충·방전했을 때 탁월한 안정성을 보였다고 전했다.

연구팀은 최초로 합성한 면심입방(face-centered cubic, fcc) 구조의 순수한 풀러렌 나노입자는 이론적으로 예측된 것(12개)보다 훨씬 많은 리튬이온(최대 21개)을 저장할 수 있음을 실험적으로 확인했다.

실험 결과를 바탕으로, 풀러렌 분자로 구성된 면심입방 구조에서 추가로 리튬이 들어갈 가능한 공간을 계산했다.

C60 나노입자의 Li 충방전 동안의 구조변화와 계산에 의한 예상 구조. [사진=한국연구재단]
C60 나노입자의 Li 충방전 동안의 구조변화와 계산에 의한 예상 구조. [사진=한국연구재단]

기존에도 풀러렌에 여러 기능성 그룹을 결합하거나 구조를 변형시켜 용량을 높이려는 시도는 있었으나 이번 연구결과는 순수한 풀러렌을 결정화해 얻은 것으로 차별화된다.

연구팀은 흑연 대신 풀러렌을 음극으로 적용할 경우 리튬이온 이차전지에서 높은 에너지 밀도와 장기 안정성을 유지할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

충·방전 과정 동안 풀러렌 결정 내 리튬이온의 증감에 따른 구조 변화를 동시 X-선 회절분석기(in-situ XRD)와 비동시 투과전자현미경(ex-situ TEM)을 통해 확인했다.

또한 연구팀은 리튬이온 증가에 따른 풀러렌 결정구조 변화를 이론적으로 시뮬레이션하는 연구를 지속할 계획이다.



댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.

  • [인터넷 신문 등록 사항] 명칭 : ㈜한국정보통신신문사
  • 등록번호 : 서울 아04447
  • 등록일자 : 2017-04-06
  • 제호 : 정보통신신문
  • 대표이사·발행인 : 함정기
  • 편집인 : 이민규
  • 편집국장 : 박남수
  • 서울특별시 용산구 한강대로 308 (한국정보통신공사협회) 정보통신신문사
  • 발행일자 : 2024-03-29
  • 대표전화 : 02-597-8140
  • 팩스 : 02-597-8223
  • 청소년보호책임자 : 이민규
  • 사업자등록번호 : 214-86-71864
  • 통신판매업등록번호 : 제 2019-서울용산-0472호
  • 정보통신신문의 모든 콘텐츠(영상,기사, 사진)는 저작권법의 보호를 받은바, 무단 전재·복사·배포 등을 금합니다.
  • Copyright © 2011-2024 정보통신신문. All rights reserved. mail to webmaster@koit.co.kr
한국인터넷신문협회 인터넷신문위원회 abc협회 인증 ND소프트