POSTECH 강병우 교수팀 “전기차 6분이면 90% 충전할 수 있다”

부피당 고에너지 밀도와 고출력 특성 구현할 수 있는 이차전지 양극 소재 비밀 밝혀

POSTECH(포항공과대학교, 총장 김무환) 신소재공학과 강병우 교수, 통합과정 김민경 씨 연구팀은 성균관대 에너지과학과 윤원섭 교수팀과 함께 이차전지 전극 물질에서 충·방전할 때 입자 크기를 줄이지 않아도 획기적으로 충·방전 시간을 단축해 고출력을 낼 수 있다는 것을 처음으로 밝혀냈다.

이 연구 성과는 재료 분야 국제학술지 ‘에너지 엔 인바이러먼털 사이언스(Energy & Environmental Science)’에 최근호에 게재됐다.

지금까지 이차전지에서 빠른 충·방전을 위해 전극 물질의 입자 크기를 줄이는 방법이 이용돼왔다. 하지만 입자 크기를 줄이게 되면 이차전지의 부피 에너지 밀도가 줄어드는 단점이 있었다.

연구팀은 입자 크기를 줄이지 않고도 충·방전 상변이 과정에 중간상을 형성시키면 고에너지 밀도의 손실 없이도 빠른 충·방전을 통해 고출력을 낼 수 있을 뿐 아니라 오래 가는 이차전지를 개발할 수 있다는 것을 확인했다.

충·방전 시 새로운 상(相)이 생성되고 성장하는 과정을 거치는 상 분리 물질(Phase separating materials)의 경우, 부피가 서로 다른 두 상이 하나의 입자 내에 존재하게 돼 두 상의 계면에서 구조적 결함들이 많이 생긴다.

이러한 구조적 결함들은 입자 내에서 새로운 상의 빠른 성장, 즉 빠른 충·방전을 방해한다.

연구팀이 개발한 합성법을 이용하면 입자 안에 있는 두 상 사이의 부피 변화를 획기적으로 줄여줄 수 있는 완충(Structural Buffer) 역할을 하는 중간상을 유도할 수 있다.

이 완충작용을 하는 중간상이 입자 내의 새로운 상의 생성과 성장을 도와 입자 내의 리튬의 삽입·탈리 속도를 향상시킬 수 있다.

뿐만 아니라 중간상의 형성을 통해서 전극 내의 수많은 입자들이 충·방전할 때 균일한 전기 화학 반응(homogeneous electrochemical reaction)을 일으켜 전지의 충·방전 속도를 획기적으로 증가할 수 있음을 확인했다.

이 결과 연구팀이 합성한 이차전지 전극은 6분 만에 90%까지 충전되고 18초 내에 54%를 방전하는 성능을 보여 고출력 이차전지 개발의 기대감을 높였다.

강병우 교수는 “기존 접근법은 빠르게 충·방전할 수 있도록 입자의 크기를 줄여 항상 에너지 밀도의 저하가 문제로 지적됐다”며 “이번 연구 성과를 통해 빠른 충·방전, 높은 에너지 밀도, 오랜 성능 유지 시간 등을 모두 충족시킬 수 있는 이차전지를 개발할 수 있는 기반을 마련했다”고 말했다.

한편, 이 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업, 방사선기술개발사업의 지원으로 수행됐다.

 

Untitled-2 copy.JPG

 

211 고객소식 부산대 이길주-GIST 송영민 교수팀 공동연구, 태양전지 효율 극대화 새 방안 규명
210 고객소식 성균관대 최우석 교수 연구팀, 단일 원자층 정밀 제어 통해 층간 교환 상호작용 제시
209 고객소식 KIST·서울대 연구팀, 저농도 이산화탄소 직접 전환 일산화탄소 생성 기술 개발, 서울대...
208 고객소식 연세대 홍종섭교수 연구팀, 니켈기반 합금촉매 개발
» 고객소식 POSTECH 강병우 교수팀 “전기차 6분이면 90% 충전할 수 있다”
206 고객소식 700℃에서 작동하는 고온연료전지용 백금 단일원자 촉매 개발, KIST 윤경중 박사
205 고객소식 자유롭게 늘이고 줄이는 배터리 나왔다. 송현곤 울산과학기술원(UNIST) 교수
204 고객소식 부산대, 2019 과기부 BRL 2개 과제 선정, 양해식교수
203 고객소식 울산과기원, 실리콘 태양전지 효율 한계 돌파구 찾았다. 송명훈교수
202 고객소식 숙명여대 박민우 교수, 차세대 고효율 플렉시블 태양전지 개발
201 고객소식 경희대 김대원 교수, 날씨 관계없이 전력 생산하는 자가발전 소자 개발
200 고객소식 KAIST 강정구 교수팀, 소듐 기반 하이브리드 배터리 개발
199 고객소식 국민대 이찬우교수, KIST-서울대 '안정성 확보' 포름산 생성 촉매 기술 개발
198 고객소식 아주대 서형탁교수 연구팀, 친환경 수소생산 기술 개발
197 고객소식 GIST 이상한 교수팀, 태양광 활용한 물 분해 수소 생산용 고내구성 광전극 개발
196 고객소식 경기대 유상우교수, 태양광발전 제조 단가 낮춰 줄 신기술 개발한다
195 고객소식 UNIST 장지욱·김용환·주상훈 교수팀, 바이오매스 변환 촉매 시스템 개발
194 고객소식 고려대 임상혁교수, 더 안전하고 더 선명한 X선 사진 찍는다
193 고객소식 서울대 공동 연구팀, 이온 신호체계에서 발생하는 증폭 메커니즘 규명, 정택동교수
192 고객소식 KAIST 박오옥교수, 포도당 기반 그래핀 양자점 합성 기술 개발

LOGIN

SEARCH

MENU NAVIGATION