서울대학교 공과대학(학장 이병호)은 강기석·박정원 교수 연구팀이 리튬 이차전지 차세대 양극 소재인 하이 니켈(high-Ni) 양극 소재 및 저품질 소재 합성 메커니즘을 규명했다고 21일 밝혔다.

강기석·박정원 교수 연구팀은 첨단 실시간 전자 현미경 분석을 이용해 양극 소재의 합성 반응을 직접 관찰하는 데 성공했다. 관찰 결과 합성 조건에 따라 반응이 불균일하게 일어나는 것을 발견했고, 이 결과 구조 결함이 나타나는 것을 밝혀냈다. 또 균일한 반응이 일어나도록 합성 조건을 조절하면 구조 결함 형성을 억제할 수 있다는 점을 규명해냈다.

전기 자동차 보급과 시장이 확대되면서 전기 자동차용 이차전지에 대한 연구가 활발히 진행되는 가운데 전기 자동차의 주행 거리를 늘리면서 가격을 낮추려면 저가의 전지 소재 개발이 중요한 시사점으로 떠올랐다.

하이 니켈 양극 소재는 니켈-코발트-망간을 함유한 층상계 소재 중 가격이 비싼 코발트 사용을 최소화할 수 있는 차세대 양극 소재로 주목받고 있다. 하이 니켈 양극 소재는 에너지 밀도도 높고 가격 경쟁력도 우수하지만, 높은 에너지 밀도에도 소재 안정성이 높지 않아 합성이 까다롭고, 수명이 짧다는 게 문제다.

합성 시 결정되는 입자 모양이나 구조 결함 등이 성능에 중요한 영향을 미침에도 이런 현상들이 왜 발생하는지 등 정확한 합성 과정에 대해 알려진 바가 별로 없으며, 현재까지 이런 차세대 양극 소재의 합성·개발은 시행착오를 거쳐 이뤄져 왔다.

이번 연구 결과는 첨단 분석법을 이용해 그간 풀리지 않던 문제를 해소했다는 점에서 큰 시사점을 안겼으며, 앞으로 재료 합성 연구 분야에 다양하게 응용될 것으로 기대된다.

서울대학교 공과대학은 하이 니켈 양극 소재를 고품질로 만들 수 있는 합성 기술의 실마리를 제시했다는 점에서 산업계에도 큰 영향을 미칠 것으로 예상된다고 밝혔다.

한편 이번 연구는 강기석 서울대 교수·박정원 교수 연구팀 주도로 국내 여러 연구 기관과 협업을 통해 이뤄졌다.

THE NANUM TIMES 최경훈 kingrudgns@naver.com 최경훈의 기사 더보기

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