한국연구재단은 서울대학교 강기석 교수 연구팀이 에너지 밀도가 높은 리튬 과잉 양극소재에서 나타나는 전압강하와 수명저하의 원인을 찾아내고 이를 보완할 양극소재를 개발했다고 밝혔다.
가격이 비싼 코발트 사용을 최소화할 수 있는 하이-니켈(NCM) 소재가 차세대 양극소재로 주목받고 있다.
강기석 박사 연구팀은 니켈 함량을 높이는 대신 산소 층을 사이에 두고 리튬이 함유된 전이금속층과 리튬층을 번갈아 적층하는 방식의 리튬 과잉 양극소재를 개선하는 데 주력했다.
연구팀은 충전과정에서 전이금속 이온이 리튬 층 내 원래 자리를 이탈하고 복귀하지 않아 소재의 구조 붕괴를 야기하면서 전압강하와 수명저하로 이어지는 구조를 발견했다. 특히 산소 층 배열을 조절하면 전이금속의 이동을 억제하면서 이동한 전이금속을 제자리로 복귀시킬 수 있음도 확인했다.
실제 산소 층을 3회 이상씩 적층한 기존 형태(O3)에서 2회 이상씩 적층한 형태(O2)의 구조로 재배열한 양극신소재를 적용한 결과, 반복된 충방전에도 초기의 재료구조가 안정적으로 유지되는 것을 확인했다.
과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 미래소재디스커버리 사업의 일환으로 수행된 이번 연구의 결과는 국제 학술지 네이처 머티리얼즈(Nature Materials)에 21일자 게재됐다.