가천대학교와 아이엘사이언스가 공동 연구 중인 ‘리튬음극 및 실리콘복합재 음극 설계 및 제조연구’ 논문이 최고 권위의 국제 학술지 ‘카본(Carbon)’에 최근 게재 됐다.

이 논문은 가천대 전지 및 에너지 변환 연구소(Energy Materials Lab)의 윤영수 교수와 석사과정 강하은 원생과 아이엘사이언스 ‘차세대 이차전지 R&D센터’ 고재환 센터장과 송성근 대표이사가 공동저자로 저술했다.

논문의 제목은 ‘리튬 이온 배터리용 실리콘의 부피 팽창을 억제하고 전기 전도도를 높이기 위한 탄소 나노튜브와 그래핀을 활용하는 최근의 진전’이다. 가천대와 아이엘사이언스 연구진은 전고체 전지를 위한 차세대 음극(리튬음극, 실리콘음극)을 개발 중이며, 2019년부터 2023년까지는 실리콘음극 고성능화(부피팽창억제, 실리콘함량 증대) 연구를 진행했다.

고재환 박사는 “실리콘은 높은 이론 비용량, 낮은 작동전위, 풍부한 자원 등이 장점으로 리튬과 마찬가지로 유망한 음극물질”이라며 “이 논문은 실리콘 음극의 고성능화를 위해 고강도·고전도성 카본나노 소재인 탄소나노튜브와 그래핀을 활용한 최근 연구동향을 다루고 있다”고 소개했다.

탄소 나노튜브와 그래핀은 비교적 최근에 개발된 고강도·고전도성 탄소 동소체다. 관련 제조 방법이 발견된 후 다양한 산업에 적용하기 위한 시도들이 이뤄지고 있다. 특히 리튬이온배터리의 전극 제조 분야에서도 많은 연구들이 진행되고 있다. 이 논문에서는 고성능·고안정성의 실리콘 컴포지트(composite) 전극 개발을 위한 기능성 물질로서 탄소 나노튜브와 그래핀을 적용한 사례와 각 연구들의 평가 결과들을 정리했다.

가천대학교 윤영수 교수는 이 논문에서 소개된 연구들을 토대로 나노튜브와 그래핀을 활용한 실리콘 컴포지트(composite)의 상용화에 적용한다는 계획이다.

아이엘사이언스 관계자는 “아이엘사이언스는 리튬 이차전지에서 가장 이상적인 음극물질인 리튬음극과 실리콘음극 개발에 주력하고 있다”며 “이 논문에서 다룬 카본나노 소재뿐만 아니라, 가천대 전지 및 에너지변환 연구센터에서 개발 중인 고성능 이온 전도체를 활용한 고성능·고안정성 실리콘 복합재 음극의 설계및 제조도 산학협력을 통해 연구 중”이라고 밝혔다.

‘카본(Carbon)’은 탄소재료 분야 및 저차원 탄소기반 나노구조를 전문으로 다루는 저널이다. 카본을 출간하는 엘스비어(Elsevier)는 1880년 네덜란드 암스테르담에서 설립되어 144년의 역사를 자랑하는 과학, 기술, 의학분야 전문의 아카데믹 퍼블리셔(academic publisher)이다.

[ 경기신문 = 김대성 기자 ]