인하대 양승재 교수 연구팀, 저온 흑연화 공정 통한 나노탄소전극 개발

차세대 배터리 개발 가능성 높여

국제 권위 학술지 ‘스몰’ 표지에 실린 나노탄소전극 이미지.

빠른 충·방전이 가능한 차세대 배터리 개발을 앞당길 핵심기술이 발표됐다. 연구의 우수성을 인정받아 국제 권위 학술지 ‘스몰’(Small, 영향력지수: 11.459)의 표지 논문으로 채택됐다.

인하대학교(총장 조명우)는 화학공학과 양승재 교수 연구팀이 저온 흑연화 공정 개발을 통해 기존 흑연 음극의 낮은 율속 특성(충·방전 속도에 따라 용량 유지율이 좋아지거나 나빠지는 특성)을 획기적으로 개선한 나노탄소전극을 개발했다고 8일 밝혔다.

나노구조화된 흑연질 탄소재료는 우수한 물리적, 화학적 특성으로 현재 연구 및 산업계의 많은 관심을 받고 있다. 하지만 이를 합성하기 위해서는 복잡하고 에너지가 많이 소모되는 공정이 필수적이었다.

양승재 교수와 그의 연구팀인 화학공학과 신민창 석사, 김재호 연구원은 금속-페놀릭 배위결합에 기반한 저온 흑연화 공정으로 3D 구조화된 흑연 나노공을 합성, 금속-페놀릭 배위결합 및 열처리 온도별 엑스 시추법 분석을 통해 합성 메커니즘을 규명해냈다고 밝혔다.

흑연 나노탄소전극은 흑연 나노결정의 끝단이 다방향으로 열려있어 리튬 이온이 흑연 나노결정 안쪽으로 출입이 용이한 독특한 나노구조를 가지고 있는 물질이다. 여기에 배터리 음극을 적용했을 때 기존 흑연 음극의 낮은 율속 특성을 획기적으로 개선한 높은 전기화학 성능을 확인했다. 이번 연구 성과는 빠른 충·방전이 가능한 차세대 배터리의 개발 가능성을 앞당길 것으로 기대된다.

이번 연구는 한국연구재단의 중견연구자지원사업과 기초연구실사업, 한국과학기술연구원의 오픈 리서치 프로그램 내 4U사업의 지원을 받았다.

양승재 교수는 “기존의 상용화된 흑연 전극의 단점을 획기적으로 향상시켰고, 현재 추가적인 실험을 통해 흑연 나노탄소전극보다 50% 이상 더 향상된 결과들을 얻고 있어 고출력 나노탄소전극의 상용화에 한걸음 더 다가갈 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.