성균관대 윤원섭 교수팀, 금속‧복합 산화물 틴 페라이트 음극 소재 개발
성균관대 윤원섭 교수팀, 금속‧복합 산화물 틴 페라이트 음극 소재 개발
  • 백두산 기자
  • 승인 2019.06.10 10:42
  • 댓글 1
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차세대 전지 개발 앞당길 전환반응 기반의 음극 소재에 대한 새로운 접근
고밀도 전지 성능 구현과 전지의 작동기구에 대한 편견 규명
5월 28일 세계적 권위 학술지 ‘ACS Nano'지에 논문 발행
(왼쪽부터)엄지현 연구교수(공동1저자), 코살리아 팔라니사미 박사(공동1저자), 정미희 대학원생(공동1저자), 윤원섭 교수(교신저자) (사진: 성균관대 제공)
(왼쪽부터)엄지현 연구교수(공동1저자), 코살리아 팔라니사미 박사(공동1저자), 정미희 대학원생(공동1저자), 윤원섭 교수(교신저자) (사진: 성균관대 제공)

[대학저널 백두산 기자] 성균관대학교(총장 신동렬) 에너지과학과 윤원섭 교수 연구팀이 금속 복합 산화물 틴 페라이트의 고용량 음극 소재를 개발해 소재의 동적 사이클 라이프(Dynamic cycle life)를 밝힌 논문이 소재과학(Materials science) 분야의 권위 있는 학술지 ‘ACS Nano’에 지난 5월 28일 발행됐다.

차세대(Next-generation) 전지에서 요구되는 필수적인 요건 중 하나인 고 에너지 밀도를 충족시키기 위해 전환반응 기반의 다양한 금속 산화물(MxOy)들이 고용량 소재로 각광받고 있다. 그러나 전환반응은 환원된 금속 원자들끼리의 응집(Agglomeration)을 수반하므로, 역(Reverse) 전환반응 시 금속의 산화는 초기 금속 산화물의 산화수(Oxidation number)까지 도달하기 어렵고 MxOy-δ를 형성하는데 그침에 따라 원론적으로 이론용량에 도달하지 못한다는 한계가 있었다.

연구팀은 이러한 불완전(Incomplete) 전환반응의 한계를 극복하고자 충/방전 시 부피 팽창이 큰 원소를 호스트(Host) 구조에 완전히 통합된 단일 상(Single phase) 구조로 디자인했다. 그리고 반복되는 충/방전 과정 중에 발생되는 부피 팽창과 수축을 금속과 산소의 접촉기회(Contact opportunity)를 늘리는 원동력이 될 수 있게 구상해 사이클 도중 소재의 산화수가 회복(Recovery)되도록 디자인했다. 이에 Sn이 호스트 Fe3O4 격자(Lattice)에 완전히 통합된 틴 페라이트 구조와 함께 그래핀 옥사이드와의 복합체 형성을 통해 완전 전환반응을 유도했고, 현재까지 보고된 Sn 기반의 복합 산화물 소재 중 최고 성능 ~1400 mAh/g을 달성했다. 이는 현재 상용화된 흑연 음극재(~370 mAh/g) 용량을 3배 이상 크게 상회하는 값으로, 현존 전환반응 기반 금속 복합 산화물 소재의 용량을 최고 수준으로 끌어올린 의미가 있다.

나아가 해당 연구에서는 전지의 사이클 라이프 동안 산화철(Iron oxide)에서 수산화철(Iron oxyhydroxide)로의 호스트 구조의 상변이(Phase transformation)를 규명했다. 이는 기존 전환반응에 대한 전통적인 시각인 ‘매 충/방전 사이클에서의 전환반응은 그 가역성의 정도(Degree of reversibility)에만 차이가 있다’를 뛰어넘는 새로운 프레임(Frame)을 제시하는 것으로 전지의 수명을 이해하는 작동기구 연구에 선구자적 의미가 있다. 해당 연구는 한국연구재단이 지원하는 기초연구실지원사업을 통해 수행됐다.


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윤진한 2019-06-11 00:10:20
교과서를 근간으로 하는 한국의 학교 교육은 국사(성균관, 성균관대가 최고 교육기관 성균관의 정통을 승계하여 6백년 역사), 세계사(중국 태학.국자감, 볼로냐.파리대)교육을 지속시키고 있기 때문에,성대의 최고(最古,最高)대학 학벌자격은 변치 않습니다.한국의 Royal대는 국사에 나오는 최고 교육기관 성균관의 정통을 승계한 성균관대. 그리고 교황윤허 서강대.

http://blog.daum.net/macmaca/2260