'실리콘 튀김' 전기車 주행거리 두배 늘린다

[아시아경제 황준호 기자] 옥수수 전분과 기름, 물, 계면활성제를 넣어 만든 실리콘 기반 음극소재로 전기차의 주행거리를 두 배 이상 늘릴 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 일상에서 발견할 수 있는 소재로 손쉽게 전기차 이차전지의 음극소재를 만들 수 있어, 전기차의 가격 경쟁력 향상에 기여할 수 있을 것으로 예상된다.

한국과학기술연구원은 정훈기 에너지저장연구단 박사팀이 배터리의 흑연계 음극 소재보다 용량이 4배 이상 크고, 충전속도도 월등히 빠른 탄소-실리콘 기반 음극소재를 개발했다고 21일 밝혔다.

실리콘 튀김으로 음극소재 개발

물, 기름, 전분, 실리콘, 계면활성제로 유화액 제조로 마이셀을 형성시킨 다음, 가열과 탄화 과정을 거치면 탄소-실리콘 복합체가 형성된다.

연구팀은 튀김을 먹던 중 튀김 공정을 통해 실리콘 기반 음극소재를 만드는 방안을 착안했다. 물에 전분을 풀고, 기름에는 실리콘을 풀어 섞었다. 이후 가열해 탄소-실리콘 복합소재를 만들었다. 튀김을 만드는 것과 같은 손쉬운 가열 공정을 통해 탄소와 실리콘 복합체를 단단하게 고정시킨 것이다.

튀김 공정을 통해 만든 탄소-실리콘 복합소재는 탄소 구조체가 실리콘의 부피팽창을 억제해 부피 팽창이 일어나지 않았다. 또 500회 이상 충·방전에도 안정적으로 용량이 유지됐다. 기존 흑연계 음극 소재에 비해 4배 이상 높은 용량(360mAh/g→1530mAh/g)도 갖췄다.

전기차, ESS에 활용 가능

탄소-실리콘 복합소재는 현재 상용화 된 전기차 배터리에 쓰이는 음극 소재인 흑연보다 에너지를 10배 이상 저장할 수 있는 소재로 각광받고 있다. 하지만 실리콘은 충·방전이 반복하면 부피가 급격히 팽창하고 용량이 크게 줄어들었다. 특히 복잡한 생산 공정과 비용 때문에 흑연을 대체하는 연구가 진행 중이었다.

정 박사는 "옥수수 전분과 같이 일상생활에서 구하기 쉬운 재료를 활용하고, 복잡한 반응기 없이 재료의 단순 혼합과 열처리를 통해 탄소-실리콘 복합소재를 개발했다"며 "이러한 손쉬운 공정과 우수한 특성은 대량 생산과 상용화 가능성이 매우 크다"라고 밝혔다. 이어 "향후 리튬이온 이차전지에 적용돼 전기자동차와 에너지저장시스템(ESS) 등에 사용될 수 있을 것"이라고 덧붙였다.

연구 결과는 나노기술 분야 국제 저널인 나노 레터 최신 호에 소개됐다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr