- 홍승범 교수팀, 리튬이온전지 충·방전 과정 영상화 성공

- 신뢰성 높고 장수명·초고속 배터리소재 디자인 가능

[123RF]
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[헤럴드경제=구본혁 기자] 한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 홍승범 교수 연구팀이 독일의 아헨공과대학교와 뮌스터 대학교와 함께 리튬이온배터리를 충‧방전할 때 리튬이온이 움직이는 모습과 그로 인해서 전자들이 움직이는 전도 경로 그리고 격자들의 움직임을 원자간력 현미경과 엑스레이 회절 및 흡수 패턴을 분석해 영상화하는 데 성공했다고 28일 밝혔다.

홍 교수 연구팀은 원자간력 현미경의 모드 중에서 전기화학적 변형 현미경(ESM)과 전도성 원자간력 현미경(C-AFM)을 활용, 친환경차 배터리에 적용되는 고용량 양극재인 NCM622 시료의 충방전상태에 따른 리튬이온의 나노스케일 분포도를 영상화했다. 이를 근단엑스선형광분광계와 엑스선회절패턴과 비교 분석해 리튬이온이 양극재에 확산하여 들어갈 때 산소팔면체에 들어가면서 니켈과 산소의 결합이 이온 결합에서 공유결합으로 바뀌면서 전기전도도가 낮아지는 현상을 검증하고, 이를 ESM, C-AFM 영상과 비교하면서 상당한 상관관계가 있음을 밝혀냈다.

홍승범 KAIST 신소재공학과 교수.[KAIST 제공]
홍승범 KAIST 신소재공학과 교수.[KAIST 제공]

홍승범 교수는 "배터리 소재 내에서 리튬이온의 확산을 영상화하고 이를 통해서 일어나는 현상들을 다중스케일에서 이해하는 것은 향후 신뢰성이 높고 수명이 긴 고속 충‧방전 배터리 소재를 디자인하는 데 있어 매우 중요하다ˮ라며 "향후 신소재 영상화 기술과 머신러닝 기술을 융합하는 것이 20년 걸리던 배터리 소재 개발기간을 5년 이내로 단축할 수 있을 것이다ˮ 라고 말했다.

이번 연구결과는 국제학술지 ‘ACS 어플라이드 에너지 머티리얼스’에 게재됐다.


nbgkoo@heraldcorp.com