광운대는 전자융합공학과 심준섭 교수 연구팀이 고용량과 장수명 특성을 동시에 갖춘 리튬 이온 배터리 음극 소재를 개발했다고 2일 밝혔다.
뉴시스 보도에 따르면, 현재 리튬 이온 배터리 산업에서 그래핀은 고속 충전 및 장수명 특성으로 주목받고 있다. 그러나 ▲에너지 밀도 저하 ▲충방전 초기 비가역적 용량 손실 ▲소재 응집 문제 등으로 인해 상용화에 한계가 있었다.
이에 연구팀은 환원 그래핀(rGO, Reduced Graphene Oxide)과 레이저 유도 그래핀(LIG, Laser-Induced Graphene)을 혼합한 고밀도 3차원 구조의 그래핀 시트를 개발했다.
이를 통해 충·방전 과정에서의 전극 변형과 손상을 효과적으로 억제하면서 높은 배터리 용량을 유지할 수 있는 새로운 음극 소재를 구현했다.
이번에 개발된 그래핀 음극은 300회 충·방전 후에도 635mAh/g의 용량을 유지했다. 또한 쿨롱 효율(Coulombic efficiency)은 99%, 초기 용량의 91%를 달성했다.
특히 배터리 'NCM811'의 양극과 결합한 풀 셀에서도 100회 충·방전 후 93% 용량 유지율을 보였다. 이번 연구는 3차원 그래핀 구조를 통해 이러한 한계를 극복한 사례다.
심 교수는 "그래핀은 고속 충전이 가능하면서도 수명이 긴 배터리 개발에 핵심적인 소재"라며 "이번에 개발한 3차원 구조의 그래핀 음극은 기존 문제를 해결하며 실사용 환경에서도 높은 성능을 유지할 수 있는 가능성을 보여준다"고 설명했다.
한편 이번 연구는 중소벤처기업부가 주관하는 초격차 스타트업 1000+ 프로젝트(DIPS 1000+)와 광운대 교내 연구비 지원을 받아 수행됐다.
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