IBS 현택환 단장, 금속 산화물 나노입자 갈바닉 부식 작용기전 규명
휴대폰 배터리나 태양전지 성능을 획기적으로 개선할 수 있는 '산화물 나노입자 갈바닉(Galvanic) 부식 작용 기전'을 국내 연구진이 규명했다.
기초과학연구원(IBS) 나노연구단 현택환 단장(서울대 화학생물공학부 석좌교수)이 주도한 이 연구결과는 세계 최고 권위 학술지인 '사이언지'誌 24일자 본지에 게재됐다.
연구단은 그동안 금속에만 적용됐던 갈바닉 부식원리를 금속산화물(산소와 금속원소의 화합물) 나노입자에 반대로 적용함으로써 산화철 산화망간 이종접합구조인 나노박스(nanobox)가 생성됨을 확인했다. 또 철 과염소산염의 농도를 늘려 속이 빈 산화철 나노새장(nanocage)으로 변환됨을 밝혀냈다.
이렇게 생성된 나노박스와 나노새장은 속이 텅 비게 돼, 더 많은 공간을 확보하고 물질 이동을 원활하게 해줌으로써 에너지 저장능력을 획기적으로 증가시킬 수 있다는 사실도 연구진의 리튬이온전지 실험결과 확인됐다.
실제 휴대폰 배터리로 이용되는 리튬이온전지의 음극재 '흑연' 대신 이들 산화물 이종접합 나노구조를 사용했을 때 음극 용량을 최대 3배까지 높은 용량을 보였으며, 수많은 충전방전 이후에도 성능저하가 o.5% 미만이었다는 설명이다.
현택환 단장은 "전위 금속 산화물이 그동안 차세대 음극재료로 주목받아왔지만, 배터리 충방전시 물질의 부피변화가 커 장기적인 성능저하가 걸림돌이었다"며 "이번에 규명된 금속 산화물에서의 갈바닉 반응을 리튬이온전지의 음극물질에 적용할 경우 작동전압을 쉽게 조절하며 용량도 크게 늘 것"이라고 밝혔다.