‘질소’ 담은 단일벽 탄소나노튜브, 이차전지 음극재 성능 ‘대폭 향상’

한국전기연구원(KERI) 나노융합연구센터 한중탁 박사 연구팀은 리튬이온전지 음극재의

고용량·고안정성을 확보하는 ‘실리콘-질소도핑 카본 복합음극재’ 제조 기술을 개발했는데요

질소는 리튬이온과 친화도가 높고, 전기화학적으로 안정된 원소입니다

개발된 ‘질소도핑 단일벽 탄소나노튜브’를 리튬이온전지의 음극재에 적용하면 리튬이온이 실리콘으로

이동하는 속도를 높여 충전 속도를 높이고 충·방전 싸이클 안정성을 향상시키는 효과가 있습니다

이에 더해 한중탁 박사팀은 음극재 외부를 우수한 전기 전도성 및 기계적 강도를 지닌

그물망 구조의 그래핀으로 감싸 실리콘의 부피팽창을 억제하는 안정성도 확보했고

연구팀은 리튬이온전지 충·방전 100회 실험을 통해 성과의 효과도 확인했습니다

그 결과 기존 실리콘 복합음극재가 적용된 리튬이온전지는 30% 정도만 전지 성능이 남은 반면,

KERI의 ‘실리콘-질소도핑 카본 복합음극재’가 적용된 전지는 82% 이상 성능을 유지했는데요

해당 연구결과는 우수성을 인정받아 재료공학 분야 국제 저명 학술지인 ‘Advanced Functional Materials’에 최근 논문이 게재됐고

학술지의 영향력을 평가하는 ‘JCR Impact Factor’는 19로, 해당 분야 상위 3.7%에 속합니다

또한 그래핀 구조 탄소나노튜브는 실리콘 부피팽창을 억제하기 위해 필요합니다.

여기에 질소를 도핑하면 리튬이온이 실리콘으로 이동하는 속도가 높아집니다.

따라서 실리콘 음극재 함량이 높아짐에 따라 실리콘 음극재의 단점을 보완해주는 소재 개발 속도도 빨라질 것으로 예상됩니다.