한국과학기술원(KAIST)는 조은애 교수 연구팀이 현재 사용되고 있는 배터리 양극재와 비교해 20% 이상 에너지 밀도가 높으면서 안정성을 유지하는 고용량의 리튬 과잉 양극 소재를 개발했다고 3일 밝혔다.

기존의 리튬 과잉 양극 소재는 리튬이 과량으로 함유된 차세대 양극 소재로 산화물 양극재의 구조가 붕괴되고 배터리 성능이 급격히 감소한다는 단점이 있었다.

이에 조 교수 연구팀은 비가역적 산소 반응이 주로 발생하는 양극재 표면에 선택적으로 바나듐(V) 이온을 도핑하는 기술을 개발해 리튬 과잉 양극 소재의 안정성을 높이는 데 성공했다. 리튬 과잉 양극 소재가 첫 충·방전에서 69%의 낮은 가역성을 갖지만, 바나듐을 도핑한 리튬 과잉 양극 소재는 첫 충·방전 시 81%에 달했다. 100번의 충·방전 이후에도 92%에 달하는 안정성을 확인했다.

조은애 교수는 "도핑된 바나듐 이온이 양극 소재 내 산소 이온의 전자구조를 변화시켜 충·방전 시 가역적인 산화·환원 반응이 가능하게끔 했다"며 "전체 공정이 비교적 간단해서 대량생산에도 적합하다"고 말했다.

이 기술 관련 논문은 국제 학술지 `어드밴스드 사이언스(Advanced Science)` 1월 29일자 온라인판에 게재됐다.임용우 기자

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