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리튬이온 이차전지에 흑연 음극재 대체 물질로 ‘풀러렌’ 가능성 높여
김원정 기자|sanup20@kidd.co.kr
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리튬이온 이차전지에 흑연 음극재 대체 물질로 ‘풀러렌’ 가능성 높여

부산대 조채용 교수 연구팀…순수한 풀러렌 결정질 나노입자 얻어내

기사입력 2021-11-01 10:09:16
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[산업일보]
리튬이온 이차전지에 적용할 경우 높은 에너지 밀도와 안정성을 유지할 수 있을 것으로 기대되는 순수한 풀러렌(fullerene, C60)을 결정화하는데 성공했다.

탄소 원자 60개가 축구공 모양으로 모인 풀러렌은 리튬이온 이차전지 소재로의 응용을 위해 많은 연구가 진행되지만 기존 합성법으로는 비정질 형태로 크기도 불균일한 풀러렌에 만족해야 했다.

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

연구팀에 따르면, 이번 연구결과로 얻은 결정질 나노입자는 기존 리튬이온 이차전지 음극소재인 흑연과 비교해 비용량이 2배 이상 높았으며 1,000회 이상 충·방전 했을 때도 안정성을 보였다.

이론 비용량(theoretical specific capacity)은 전지의 전극소재가 이론적으로 가질 수 있는 전자수로 단위질량당 또는 단위부피당 전하의 양을 의미하며 단위는 각각 mAh/g과 mAh/cm3이다.
리튬이온 이차전지에 흑연 음극재 대체 물질로 ‘풀러렌’ 가능성 높여
C60 나노입자의 전기화학적 성능 및 형상/미세구조 (자료 : 부산대 조채용 교수)

연구팀은 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 확인했다고 밝혔다.

또한 흑연 대신 풀러렌을 음극으로 적용할 경우 리튬이온 이차전지에서 높은 에너지 밀도와 장기 안정성을 유지할 수 있을 것으로 기대한다고 덧붙였다.
리튬이온 이차전지에 흑연 음극재 대체 물질로 ‘풀러렌’ 가능성 높여
C60 나노입자의 Li 충방전 동안의 구조변화와 계산에 의한 예상 구조 (자료 : 부산대 조채용 교수)

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