순천대 박운배 교수 연구팀, 칼슘 이온 배터리용 양극소재 개발

사이클 특성이 매우 우수한 양극소재 ‘Ti2O(PO4)2(H2O)’ 개발

순천대 박운배 교수

순천대학교(총장 고영진) 첨단부품소재공학과 박운배 교수 연구팀이 사이클 특성이 매우 우수한 칼슘 이온 배터리용 양극소재 ‘Ti2O(PO4)2(H2O)’ 개발에 성공했다고 28일 발표했다.

‘칼슘 이온 배터리’는 Na, K, Mg 등 새로운 소재를 이용해 현재 대세로 굳어진 ‘리튬 이온 배터리’보다 효율을 높인 ‘차세대 2차전지’ 후보군 중 하나로써 주목받고 있다.

칼슘 원소는 지구상에 풍부하여 매우 경제성이 높은 소재로, 이를 이용한‘칼슘 이온 배터리’는 칼슘 이온 당 두 개의 전자가 이동해서, 하나의 전자만 이동하는 리튬 이온 배터리보다 이론적으로 2배의 저장 용량을 확보할 수 있다. 이로 인해 같은 조건의 리튬 이온 배터리보다 더 높은 에너지밀도를 구현할 수 있다는 장점이 있어 차세대 2차전지로 학계에서 연구가 활발히 진행되어왔다.

하지만, 칼슘 이온 배터리는 리튬 이온보다 큰 이온 크기와 높은 산화수로 인해 충‧방전 후 결정 구조의 변형이 발생하여 사이클 특성이 좋지 않은 단점을 가지고 있어, 이러한 문제를 개선한 새로운 칼슘 이온 양극소재가 필수라고 할 수 있다.

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이와 관련해 최근 순천대 박운배 교수 연구팀은 충‧방전 중에도 칼슘 이온 결정 구조가 안정적으로 유지되는 양극소재인 ‘Ti2O(PO4)2(H2O)’를 개발했다고 밝혔다.

연구팀은 ‘Ti2O(PO4)2(H2O)’ 양극소재가 칼슘이온이 탈‧삽입 되는 과정에서 발생하는 구조 변형이 작아서 우수한 사이클 특성을 나타내는 것을 실험적으로 규명하고, 해당 연구 결과를 에너지소재 분야의 세계적인 학술지 ‘Energy Storage Materials Journal’ 온라인판 최근호(2021.09.02.)에 게재하였다.

순천대 박운배 교수는 “기존의 리튬전지에만 집중되어 있는 미래 배터리 소재의 지평을 넓힌다는 차원에서 이번 연구가 더욱 값지다.”라고 말했다.

또한, 이번 연구를 지원하고 공동연구 체계를 구축하고 있는 한국연구재단(NRF) 미래소재디스커버리사업의 휴리스틱스 전산기반 무기소재 창체연구단 단장 세종대학교 손기선 교수는 지역의 젊은 연구자의 독창적인 연구 결과로서 그 의미가 더욱 크다고 평가했다.

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