[대전=뉴스프리존] 이기종 기자= 한국연구재단(NRF)은 부산대학교 나노에너지공학과 조채용 교수팀이 새로운 열증발-냉각법을 개발하고 수백 나노미터 크기의 균일하고 순수한 풀러렌 결정질 나노입자를 얻는데 성공했다고 29일 밝혔다.

현재 사용 중인 리튬이온이차전지(LIBs, Lithium-ion batteries)에서 양극은 전지의 저장량을 결정하는 중요한 요소 중의 하나이지만 낮은 에너지 밀도와 고가로 인해 코발트가 없는(Co-free) 또는 높은 니켈 함량의 소재 연구가 진행 중이다.

또 음극 활물질로 사용 중인 흑연(graphite)은 낮은 이론 비용량을 대체하기 위한 실리콘 나노입자와 탄소 복합물 소재를 개발하고 있으나 낮은 고율 안정성과 싸이클 안정성으로 인해 보완이 필요하다.

이번 연구팀은 이러한 제한점을 해결하기 위해 최초로 합성한 면심입방(face-centered cubic, fcc) 구조의 순수한 풀러렌 나노입자를 통해 이론적으로 예측된 것(12개)보다 훨씬 많은 리튬이온(최대 21개)을 저장할 수 있음을 실험적으로 확인했다.

이렇게 얻은 결정질 나노입자를 기존 리튬이온 이차전지 음극소재인 흑연과 비교해 비용량(theoretical specific capacity)이 2배 이상 높았으며 1,000회 이상 충·방전 했을 때 탁월한 안정성을 보였다.

특히 기존에도 풀러렌에 여러 기능성 그룹을 결합하거나 구조를 변형시켜 용량을 높이려는 시도는 있었으나 이번 연구결과는 순수한 풀러렌을 결정화해 얻은 것으로 차별화된다.

결과적으로 흑연 대신 풀러렌을 음극으로 적용할 경우 리튬이온 이차전지에서 높은 에너지 밀도와 장기 안정성을 유지할 수 있다.

이 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구과제 및 기초연구실사업의 지원으로 수행됐고 재료분야 국제학술지 어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)에 10월 28일 게재됐다.