| 고성능 리튬이온전지 전극재료 최신 성과 | ||
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 전자제품, 전기자동차와 에너지분야의 발전에 적응하기 위해서는 보다 높은 에너지밀도, 출력밀도, 순환횟수와 안전성능의 리튬이온전지의 개발이 급선무가 되고 있다. 그중 고용량, 고배율성능과 순환안전성능을 지닌 전극재료의 개발은 핵심이 되었고 또한 연구의 난제가 되었다. 국가자연과학기금위, 과기부와 중국과학원의 지원을 받아 화학연구소 분자나노구조나노기술연구원 중점실험실의 연구원은 삼차원 도전네트워크를 쉽게 형성하는 동축(同軸) ‘나노케이블’구조의 고성능 복합전극재료를 설계 및 제작하였다. 관련 연구논문은 Chem. Mater., 2010, 22, 1908; Phys. Chem. Chem. Phys. 2011, 13, 2014; Adv. Mater., 2011, 23, 4415에 게재되었으며 Energy. Environ. Sci.에도 발표되었다. 연구팀은 고효율의 안정된 고배율 리튬이온전지 전극재료연구(Adv. Mater., 2008, 20, 2878; Adv. Mater., 2008, 20, 1160; Adv. Mater., 2009, 21, 2710; Adv. Mater., 2010, 22, 4591)에 주력해왔다. 최근에는 동축 ‘나노케이블’구조의 전극재료를 개발하여 리튬이온과 전자와의 동시 고효율 전도가 불가능한 문제를 효과적으로 해결하였다. 연구팀은 구조와 형태를 제어할 수 있는 CNT@TiO2 나노케이블을 제작하는데 성공하였고 신기한 ‘협동리튬저장효과’를 발견하였다. 한편으로 CNT코어는 Li의 TiO2쉘에서의 저장을 위해 전자통로를 제공하였으며, 다른 한편으로 CNT에 코팅된 메조포러스 TiO2층은 상대적으로 안정된 표/계면으로서 SEI막 형성을 줄일 수 있기에 Li의 CNT 저장을 위해 고속 이온전송 채널을 제공하였고 CNT자체의 순환성능도 크게 높일 수 있게 되었다. 이러한 ‘협동리튬저장효과’의 발견은 고효량, 고배율, 안정된 전극재료를 개발하기 위해 새로운 구상（Chem. Mater., 2010, 22, 1908–1914）을 제공하였다. 논문이 온라인에 발표된 후 영국왕립화학회의 Chemistry World (March 2010, P26)에 의해 연구 하이라이트로 선정되어 보도되었다. ‘나노케이블’을 이용해 ‘3차원 도전네트워크’구조의 전극재료를 제조하는 과정에 연구팀은 나노와이어 콜렉터에 Cu를 임베디드하는 방식으로 실현할 수 있음을 발견하였다.(Phys. Chem. Chem. Phys., 2011, 13, 20142020） 그밖에 연구팀은 독일의 연구자와 함께 표/계면이 안정된 동축 ‘나노케이블’구조의 고용량 Si기질 음극재료를 설계하였는데, Cu 콜렉터에 직접 Cu@Si@Al2O3 복합구조의 나노케이블 어레이를 생장시키는데 성공하였다. 연구결과, Cu나노와이어의 코어는 고속 전자전송이 가능하며 효과적인 구조상의 지원역할을 하며 Al2O3코팅층은 상대적으로 안정된 표/계면을 지니며 SEI막 형성을 줄일 수 있음을 발견하였다. 복합나노케이블은 리튬이온전지음극재료로서 우수한 순환 안정성과 높은 리튬저장용량을 구현하였다. 연구결과는 최신호 Adv. Mater.（2011, 23, 4415）에 발표되었다. 영국왕립화학회 Energy & Environmental Science 저널의 요청에 응하여 연구원은 종합적인 관점(Perspective)을 저술하여 나노케이블구조의 전극재료가 리튬이온전지에서의 응용 및 미래 발전전망을 체계적으로 소개하였으며 저널의 뒤표지에 실렸다.（Energy. Environ. Sci. 2011, 4, 1634-1642） |
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