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하이브리드 자동차와 미래의 전지자동차의 핵심부품인 리튬이온 2차전지의 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 1차원 나노구조 형태의 리튬망간계 스피넬(spinel. 첨정석, 尖晶石)형 양극소재를 합성하는 원천기술이 개발됐다.
KAIST(총장. 서남표)는 19일 신소재공학과 김도경(사진 49세 입학본부장) 교수가 美 스탠포드대학 이 쿠이(Yi Cui) 교수팀과 공동으로 리튬이차 전지의 충방전 특성과 고온 안정성을 높일 수 있는 리튬망간계 스피넬형의 양극물질을 나노막대 구조로 대량 합성하는 기술을 확보했으며, 이 논문은 나노과학 분야의 국제적 권위학술지인 ´나노 레터스(Nano Letters)´ 11월호에 소개됐다고 밝혔다.
특히 이번 기술은 저공해 하이브리드 자동차와 무공해 전기자동차의 핵심기술이며, 리튜이온 2차전지의 경우 최근 휴대용 전자기기 전원공급 장치의 주종을 이루는 등 전 세계 연구자들이 뜨거운 개발 경쟁을 벌이는 분야다.
현재 상용화된 리튬전지용 양극인 리튬코발트계 소재는 특성은 우수하지만 가격이 비싸고, 충방전시 발생하는 열에 취약해 대량의 전류밀도를 필요로 하는 하이브리드 자동차용 등의 적용에는 한계를 안고 있다.
이와 달리 리튬망간계 양극소재는 원료가 풍부해 가격이 낮을 뿐만 아니라 친환경적인 소재로 평가받고 있다. 특히 안정된 스피넬형 원자구조를 이룰 경우 고온 안정성도 뛰어나다.
하지만 충방전 속도가 느리고, 계속되는 충방전 사이클에 따라 특성이 저하되는 단점이 있다.
이를 극복하기 위해 나노입자화 또는 나노기공의 도입이 시도됐지만, 나노구조화 방법 또한 양극소재의 적층밀도를 낮춰 단위부피당 생산하는 전류밀도를 낮추는 결과를 나타내는 등 그동안 적층밀도를 높일 수 있는 1차원 나노구조인 나노와이어 또는 나노막대형 전극소재의 개발이 절실했다.
이에 김 교수팀은 안정된 스피넬구조의 리튬망간 소재를 100나노미터(1나노미터는 백만분의 1미리미터) 굵기의 나노막대 구조로 대량 합성하는 기술을 개발했으며, 리튬이온전지의 양극에 적용한 결과 높은 전류밀도 조건에서도 충방전 특성이 크게 개선됨을 확인할 수 있었다.
KAIST 관계자는 "고리튬원자가 스피넬 구조에서 빠져나오는 단계인 충전반응에서 나노막대 양극소재는 원자구조가 크게 바뀌지 않는 특성을 갖고 있었다"면서 "이것이 많은 횟수의 충방전에도 특성이 저하되지 않는 원인임을 알아냈다"고 설명했다.
그는 또 "이번에 개발된 나노소재 합성법은 수열합성법과 일반 열처리를 결합한 공정으로 대량생산에 비교적 쉽게 적용할 수 있어 조기 산업화가 가능하다"고 덧붙였다.
/EBN산업뉴스
KAIST 신소재공학과 김도경(49) 교수팀은 19일 미 스탠퍼드대 이 쿠이(Yi Cui) 교수팀과 공동으로 리튬이차 전지의 충.방전 특성과 고온 안정성을 높일 수 있는 `리튬망간계 스피넬(spinel, 尖晶石)형의 물질을 나노막대 구조로 대량 합성할 수 있는 기술'을 개발했다고 밝혔다.
김 교수팀이 이번에 개발한 기술은 리튬망간 소재를 100나노미터(백만분의 1㎜) 굵기의 나노막대 구조로 대량 합해 리튬이온전지에 적용한 것으로 대용량 전지에서도 충.방전 특성이 우수하고 많은 횟수의 충방전때에도 특성이 저하되지 않는 것으로 확인됐다.
리튬이온 이차 전지는 휴대전화 배터리를 비롯해 하이브리드 자동차, 미래 전기자동차 개발을 위한 핵심 부품으로 현재 상용화된 리튬코발트계 이차 전지는 그 특성이 우수하지만 가격이 비싸고 충.방전때 고온의 열이 발생하는 등 대용량 전지로 사용하기에는 한계가 있었다.
김 교수팀의 이번 연구 성과는 나노과학 분야의 국제적 학술지인 `나노 레터스(Nano Letters)' 11월호에 발표됐다.
KAIST 김도경 교수는 "일반적인 열처리 공법과 수열합성법을 사용해 대량 생산에 비교적 쉽게 적용할 수 있어 관련 분야의 산업화도 조기에 이룰 수 있는 장점이 있다"고 말했다.
seokyee@yna.co.kr | |
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“이차전지 분야 최고 될 것” |
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경상대 김재광 연구원, 늘푸른에너지 기술공모전 특선 |
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입력시간 : 2008. 10.30. 19:40 |
경상대학교 IT용 에너지저장 및 변환기술연구센터(ITRC) 연구원 김재광 (사진)씨가 한국에너지공학회에서 개최한 ‘늘푸른에너지 기술공모전’서 특선을 수상했다.
김씨는 ‘친환경 양극 물질인 LiFePO4를 이용한 리튬 이차전지의 특성’이라는 작품을 제출해 한국에너지공학회 회장상인 특선에 뽑혔다.
그가 개발한 기술은 리튬 이차전지 양극 물질의 제조방법에 관한 기술로서 회전식 농축기를 사용해 손쉽게 양극 물질을 제조할 수 있는 방법이다.
경상대 생명화학공학과에서 석사학위를 취득한 그는 생활비와 학비를 모두 교수 장학금으로 지원받는 조건으로 스웨덴 차머스공과대학교 박사과정 입학이 확정돼 있다.
김씨는 “이차전지 분야 최고가 되고자 한다”며 “전 세계가 대체에너지 기술 개발에 많은 투자를 하고 있으며 우리나라 역시 많은 관심을 가지고 있는 분야인 만큼 경상대학교에서도 많은 관심과 인재 육성이 필요한 분야라고 생각한다”고 말했다. <박세진 기자>
철 성분 리튬2차전지 생산 전기연구원 김기택 박사팀 |
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철분을 주소재로 리튬 2차전지를 값싸게 만들 수 있게 됐다.
한국전기연구원(KERI) 김기택 박사팀은 차세대 고안전성 양극활물질로 꼽히는 리튬철인산염(LiFePO4)을 이용해 차세대 리튬 2차전지 합성 및 탄소 코팅 기술을 개발하는 데 성공, 국내외에 3건의 특허를 출원했다고 20일 밝혔다.
양극활물질은 음극활물질, 전해질과 함께 리튬 2차전지의 핵심 소재다. LiFePO4의 경우 자연에 많이 존재하는 철이 주원료이기 때문에 대량생산시 기존 코발트 옥사이드(LiCoO2)류 소재에 비해 제조비를 50% 이상 절감할 수 있다.
김 박사팀은 여기에 미량의 식용유를 LiFePO4 표면에 흡착시켜 얇은 탄소층을 형성시키는 방법을 개발, 리튬 2차전지의 전도성을 극대화했다.
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엘앤에프, 한국화학연구원과 전지 양극 소재 기술 개발 사업 계약 체결
전자신문 | 기사입력 2007.01.02 10:41
백라이트유닛 전문업체인 엘앤에프(대표 이봉원)는 한국화학연구원과 차세대 성장동력 기술 개발 사업의 일환으로 리튬이온전지용 고안정성 리튬철인산염(LiFePO4)계 양극 소재 상용화 기술 개발에 관한 계약을 체결했다고 1일 밝혔다.
엘앤에프는 오는 2009년 7월 말까지 한국화학연구원과 공동으로 개발하게 되며 정부 출연금 15억원을 포함해 총 23억원의 개발비를 투입할 계획이다. 엘앤에프는 제 2 연구소에서 이를 진행하며 전지소재 자회사인 엘앤에프신소재를 통해 양산할 예정이다.
