기초지원硏 조지웅 박사 음극소재 변형률·응력변화 정량화 성공
한국기초과학지원연구원 강릉센터 조지웅 박사팀은 미국 일리노이대, 노스웨스턴대, 아르곤연구소와 공동으로 리튬이온 충·방전 시 실리콘의 3차원 나노금속틀에 작용하는 응력과 변형과의 상관관계를 규명하고 이를 정량화하는데 성공했다고 8일 밝혔다.
리튬이온전지의 음극소재로 각광받고 있는 실리콘은 리튬이온 충·방전 시 발생하는 부피변화로 인해 상용화하기 어려웠다.
연구팀은 복잡한 구조의 시료 내부에서 발생하는 전체적인 변형까지 분석할 수 있는 입자가속기를 이용한 X선 회절법을 활용해 실리콘 부피변화에 따라 변형률과 응력변화를 정량화했다. 기존에는 주사전자현미경과 투과전자현미경, 원자현미경 등을 이용해 재료의 표면에 발생하는 변형만을 분석하는 데 그쳤다.
이번 연구의 핵심인 입자가속기를 이용한 X선 회절법은 반도체와 세라믹 등의 신소재 분야뿐만 아니라 환경소재, 나노-바이오 융합소재, 의료·진단 분야에 이르기까지 폭넓은 연구 분야에서 활용할 수 있다.
조 박사는 “실리콘 소재를 활용한 리튬이온전지의 변형률과 응력분포를 충방전 시 실시간으로 분석할 수 있게 됐다”며 “앞으로 실리콘을 음극소재로 활용한 연구의 신뢰성을 높이고 3차원 나노구조 기반의 실리콘 리튬이온전지 상용화에 기여할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
이번 연구결과는 에너지 분야 국제 학술지인 어드벤스드 에너지 머티리얼스(Advanced Energy Materials) 5월 26일자 온라인판에 게재됐다.
유주경 기자 willowind@ggilbo.com