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국민대, 자가치유가 가능 이차전지....

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글쓴이 최고관리자 등록일 23-05-09 15:02
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    국민대학교(총장 임홍재) 응용화학부 전주원 · 도영락 교수팀이 공동으로 자가치유가 가능한 다기능성 바인더를 사용하여 '자가치유가 가능한 실리콘 음극'을 개발했다고 17일 밝혔다.

    실리콘 음극은 상용적으로 사용되고 있는 흑연보다 저장이론용량이 10배 정도 높은 고용량 음극소재이다. 하지만 충방전시 부피팽창이 ~300%정도로 크기 때문에 전극탈리, 실리콘 입자 분쇄, 연속적인 SEI(solid-electrolyte interface)층 형성으로 인한 전해질 소모 등으로 인하여, 싸이클 수명이 짧은 문제점이 있다.

    이에 공동연구팀은 스스로 손상된 부위를 치유할 수 있는 자가치유 고분자(PDPP)를 개발하고, 이를 실리콘 음극재 바인더로 이용해 싸이클 안정성이 향상된 실리콘 음극(SiNP-PDPP)을 성공적으로 제조했다. 자가치유 바인더가 사용된 음극은 충방전시 크랙이 거의 관찰되지 않았으며, 250 싸이클 후에 2050 mAh/g에 달하는 저장용량을 가졌으며, 이는 기존 바인더(polyacrylic acid) 대비 향상된 안정성을 보였다.

    자가치유 바인더를 이용하여 제조된 실리콘 음극(SiNP-PDPP)은 그림처럼 충방전시 임의로 만들어진 상처(스크래치)를 스스로 치유할 수 있었으며 이는 소량의(<20wt%) 바인더를 이용하여 실리콘 음극을 배터리 작동조건하에서 자가치유 시킬 수 있다는 것을 의미한다.

    또한 본 연구에서는 세계 최초로 물리화학적인 방벙을 이용하여 실리콘 전극의 자가치유 성능을 정량화하였으며 실리콘 전극이 4시간 동안 전해질과 접촉해 있을 때 52-82 %의 자가치유 효율을 가진다는 것을 실험적으로 보여줬다.

    이번 연구 결과는 재료과학, 나노화학 분야의 권위 있는 학술지인 'Small(IF 15.153, JCR 상위 6.52%)'에 2023년 3월 1일자로 게재되었으며 연구수행은 한국연구재단(NRF)의 지원으로 이뤄졌다.

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