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포스텍,고극성 불소화 계면층 적용한 음극소재
불소의 강한 전기적 특성 활용.높은 용량 구현
불소를 활용해 전기차 충전시간을 획기적으로 줄일 수 있는 새로운 음극재 기술이 개발됐다.
포스텍은 김원배 화학공학과·배터리공학과 교수와 강송규 화학공학과 박사 연구팀이 '망간(Mn)-철(Fe) 산화물' 음극재에 강한 전기적 특성을 가진 불소화 계면층을 적용해 용량과 안정성을 높인 음극 소재를 개발했다고 26일 밝혔다.
전기차 시장에서 높은 용량과 안정성의 배터리 개발을 위해 강자성 전환 음극재가 주목받고 있다.이 음극재는 배터리 충·방전 과정에서 금속 산화물이 나노 크기의 강자성 금속으로 변환돼 일반 음극재보다 더 많은 리튬 이온을 저장할 수 있다.
하지만 비가역적 용량 손실,불안정한 계면 형성,나가 월드 홀덤낮은 전도도 등 여러 문제를 안고 있다.연구팀은 갈바닉 치환 반응을 이용해 망간(Mn)-철(Fe) 이종 산화물을 합성하고,폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)로 용액상 코팅을 한 뒤 탄화 과정을 통해 고극성의 '불소화 탄소 계면층'을 만들었다.
갈바닉 치환 반응은 고체 금속이 다른 금속 이온과 접촉할 때,전자가 이동해 다른 금속 이온으로 데채되는 전기화학 반응이다.
이 소재는 불소의 강한 전기적 특성을 이용해 표면 극성을 높여 더 많은 리튬을 저장하고,면상림 슬롯 불러오기강자성 전환 반응을 통해 높은 용량을 구현할 수 있다.연구팀은 이 소재를 3분 이내 급속 충전 조건에서 상용화 음극재와 비교한 결과,최소 140% 이상 성능이 향상됐고 300번 급속 충·방전 사이클 후에도 92% 이상의 용량이 유지되는 등 안정성을 확인했다고 설명했다.
김원배 포스텍 교수는 "고극성 계면 제어기술을 통해 고에너지밀도 음극재의 한계를 극복한 새로운 연구결과로,피망 포커 홀덤 대회전기차 주행거리와 내구성,충전속도를 모두 높이는 데 기여할 것"이라고 말했다.이 연구결과는 재료과학 분야 국제학술지인 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(지난달 9일)'에 표지 논문(사진)으로 실렸다.
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