차세대 대용량 리튬 배터리 물질규명

[산업일보]
건국대 학부생이 그래핀보다 뛰어난 물리적 특성을 가진 그래파인 다층 구조(Multilayer graphyne)가 차세대 리튬 배터리 물질로 응용될수 있는 가능성을 처음으로 규명해 SCI급 국제 저명학술지에 연구논문을 발표했다.

건국대(총장 송희영)는 물리학부 학부생 구자현(26)씨과 석사과정 황호준(24)씨가 주도하고 물리학부 이훈경 교수와 권용경 교수, 미국 재생에너지연구소 웨이 박사가 참여한 연구팀이 전산물질계산 방법을 사용해 다층으로 쌓은 그래파인 구조가 기존의 리튬 이온 배터리 음극 물질인 그래파이트(graphite: 흑연)보다 리튬 저장 용량이 3배에 달한다는 것을 확인, 그래파이트의 한계를 뛰어 넘는 차세대 대용량 리튬 이온 배터리 음극 물질로 응용될 수 있다는 사실을 규명했다고 밝혔다.

이번 연구결과는 미국화학회가 발행하는 SCI급 저명 학술지인 ‘저널 오브 피지컬 케미스트리 (Journal of Physical Chemistry)’ (Impact Factor: 4.805) 최근호(4월 1일자)에 게재됐다. 건국대 연구팀은 다층으로 쌓은 그래파인은 차세대 배터리 물질로 큰 시장경제성을 가지고 있어, 이 물질에 대해 특허도 출원했다고 밝혔다.

그래파인은 탄소로 이루어진 2차원 구조를 가지고 있고, 몇 가지 점에서는 최근 주목을 받은 그래핀 보다 뛰어난 물리적 특성을 가지고 있다고 알려져 있다. 특히, 그래파인은 그래핀(graphene) 보다 표면적이 더 크고, 전기전도성이 우수해 리튬 이온 배터리 물질로 응용하기에 적합하다.

이번 연구 결과, 다층의 그래파인은 리튬이 그래파인 층 사이로 들어가고, 그리고 리튬 전극을 기준으로 해 얻어진 전압이 대략 0.1 ~ 2.0 볼트 정도 생성 된다는 것이 확인됐다. 이전압의 범위는 리튬 배터리 음극 물질로 사용 되기 위한 조건을 만족시킨다. 또한 리튬의 최대 저장용량은 기존의 리튬 이온 배터리 물질인 그래파이트의 3배에 달한다. 이 연구 결과는 다층으로 쌓은 그래파인이 차세대 리튬 배터리 물질로 응용 될 수있음을 보여준다.

이 연구를 주도한 구자현 학생은 1년전 학부 3학년 때부터 이훈경 교수의 지도 아래 연구 중이며, 올 8월학부를 졸업하고 대학원에 진학해 배터리 물질뿐 아니라 신재생에너지 물질에 대해 연구 할 계획이다. 이 연구의 공동 제일 저자인 석사과정 황호준 학생은 작년 3월부터 권용경 교수 지도 아래 에너지 저장물질에 대한 연구를 진행해 왔다.

이 연구의 교신저자인 이훈경 교수는 2012년 3월 건국대 물리학부에 임용 돼 전산물질계산 방법을 사용해 에너지 나노 물질 연구를 진행하고 있다. 이 교수는 “1년 만에 학부생과 함께 국제우수 SCI 저널에 논문을 투고하는 성과를 이루어 냈고, 학부생과 함께 연구를 주도해 주목 할만한 성과를 이루어 냈다”며 “이는 건국대가 세계적인 연구 중심 대학을 지향하며, 신임교수에 대한 다양한 연구 지원 등 그 동안 쌓아온 연구 인프라가 일정한 성과를 내고 있음을 보여주는 한 예”라고 말했다.