기존의 리튬이차전지 기술에 비해 200배이상 대량의 전류를 흘려도 2분 안에 완전충전 또는 완전방전이 가능한 전극 소재원천기술이 국내 연구진에 의해 개발되었다.
이 원천기술은 교육과학기술부(장관 이주호)의 신기술융합형 성장동력사업의 지원을 받아 UNIST(울산과학기술대학교) 조재필 교수와 LG화학기술연구원 베터리연구소 공동연구팀이 개발하였다.
일반적으로 이차전지용 전극소재의 다양한 형상 중 나노튜브가 리튬이온의 충방전 속도를 가장 빠르게 할 수 있다는 이론은 발표되었지만 이를 수득율이 높으면서도 화학적으로 손쉽게 합성이 가능하도록 증명한 것은 세계적으로 첫 번째 사례이다.
이번 실험에서 게르마늄(Ge) 나노선 표면에 안티모니(Sb) 나노입자를 바른 후 700 oC에서 열처리 시 나노선의 중심부에서 200nm정도의 직경으로 구멍형태를 가진 나노튜브가 생성됨을 발견하였다. 또한 이 물질을 리튬이차전지에 적용하여 평가한 결과 상용화된 전지 수준을 능가하여 400사이클 후에도 용량유지율이 98%이상을 달성하였고 대량의 전류를 흘려도 2분 내에 완전히 충전됨을 발견하였다.
기존에 발표된 반도체 실리콘나노튜브의 경우 주형을 뜬 후 화학적 부식을 이용한 합성을 하면 수득율이 낮을 뿐 아니라 대량 합성이 불가능하다는 문제점이 제기되었다. 하지만 이번에 개발된 새로운 합성 방법은 이러한 문제를 완전히 해결함과 동시에 리튬 저장능력도 3배 이상 올릴 수 있게 되었다.
리튬이차전지의 세계시장 규모는 2010년도 기준 100억달러를 돌파하였으며, 올해는 전기자동차용 중대형전지시장의 확대로 200억 달러를 돌파할 것으로 예상하고 있다. 특히 이중 전극소재 시장은 80억달러에 달할 것으로 예측되며, 이번의 원천기술개발은 지적재산권의 선점 차원에서 가장 중요한 이슈로 부각되고 있다.
최근 3년간의 고용량 전극소재 관련 원천기술 개발은 미국 Stanford대학의 취이 교수와 우리나라 UNIST의 조재필 교수가 주도하고 있고, 조교수는 LG화학과 공동으로 이번 원천기술에 대해서 국제특허 출원을 마친 상태이다.
이 원천기술은 응용화학분야의 세계적인 권위지인 안게반테 케미 국제판(Angew. Chem. Int. Ed.)에 VIP paper(VIP논문)로 선정되어 16일 속보판으로 온라인에 게재 되었다.
이차전지분야에서 VIP논문으로 선정된 사례는 최근 3년 동안에 처음 있는 일로써, 여기에 게재된 논문들 중에서 5%미만에 한하여 VIP논문으로 선정된다.
안게반테 케미 국제판의 선임 부편집장인 프랭크 마스박사는 “기존의 반도체 화합물 중에서 가장 많이 사용되는 규소(Si) 또는 게르마늄(Ge)을 이용하여 화학적으로 나노튜브를 합성한 사례는 처음이고 이차전지소재 및 반도체나노분말의 합성에도 일대 전기를 마련할 것”이라고 높이 평가했다.
