농업 부산물 왕겨의 고부가가치화..안정된 실리콘계 음극 소재 확보
[아시아경제 김보경 기자] 벼를 도정한 후 나오는 벼껍질(왕겨)로 고용량 리튬이온 이차전지용 실리콘 음극 소재를 만드는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.
한국과학기술원(총장 강성모) EEWS 대학원 최장욱 교수와 생명화학공학과 박승빈 교수 공동연구팀은 왕겨 안에 존재하는 다공성 천연 실리카 물질을 분리·정제해 고용량 리튬이온 이차전지 음극소재인 3차원 다공성 실리콘 물질을 개발했다고 9일 밝혔다.
연구팀은 왕겨의 표피에 존재하는 다공성 실리카에서 3차원 구조의 다공성 실리콘 입자를 추출·합성 했다. 이를 통해 기존 실리콘 기반 음극 소재가 가지고 있는 고질적인 문제점인 충·방전 시 부피의 팽창·수축으로 인한 미분화, 박리화 및 계면 불안정성 문제가 개선됨을 확인했다.
또한 값 비싼 나노 구조 합성 공정을 사용하지 않고 저렴한 원료물질로부터 나노 구조의 실리콘 음극 활물질을 생산할 수 있었다.
최장욱 교수는 "왕겨 표피로부터 만들어진 상호 연결된 다공 구조에 의해 실리콘의 부피 팽창을 효과적으로 제어해 우수한 용량 유지 특성 및 출력특성을 획기적으로 개선했다"며 "이에 따라 기존 실리콘 기반 리튬 이차전지가 가지는 한계를 용량·사이클 불안정성 등의 문제를효과적으로 극복할 수 있었다"고 말했다.
한편 연구 결과는 자연과학분야 세계적 권위지 미국국립과학원회보(PNAS) 9일자(한국시각) 온라인판에 게재됐다.
김보경 기자 bkly477@
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