김기출 교수 등 국내 연구진, 맥신 기반 고성능 리튬이온전지 개발
<사진설명 : 우리 대학 신소재화학공학과 김기출 교수(왼쪽)와 김미리 박사과정.>
<사진설명 : 나노화학 분야 저명 국제학술지인 ‘켐일렉트로켐’(ChemElectroChem) 표지.>
김기출 교수 등 국내 연구진, 맥신 기반 고성능 리튬이온전지 개발
국내 연구진이 2차원 신소재 맥신(MXene) 기반 고성능 리튬이온전지(이차전지)를 개발했다.
로봇과 사물인터넷(IoT) 등 4차 산업혁명을 대표하는 기술 분야에서 충전 후 재사용 가능한 이차전지의 고성능화가 필수적이라는 점에서 이번 연구 결과가 주목된다.
우리 대학 신소재화학공학과 김기출 교수 연구팀이 나노종합기술원 한미공동연구센터, 충남대학교와 공동연구를 통해 맥신 기반 리튬이온전지의 전기용량 성능과 수명 특성을 개선하는 기술을 확보했다고 7일 밝혔다.
맥신은 전이금속과 탄소 또는 질소를 결합한 화합물로 전기가 잘 통하는 2차원 신소재이다.
연구팀은 리튬이온전지의 성능향상을 위해 2차원 전도성 물질인 맥신에 주목했다.
맥신과 폴리머를 혼합한 다음 전기방사 방법을 이용해 나노스케일(10억 분의 1m) 단위로 구조를 제어해 속이 비어있는 맥신/카본나노섬유를 제작했다.
속이 비어있는 나노섬유는 리튬이온의 접근성을 높였고, 기존 맥신 기반 리튬이온전지의 전기용량(200mAh/g)보다 1.5배 높은 전기용량 306mAh/g을 달성하게 했다.
김기출 교수는 “4차 산업혁명의 시대에는 사물인터넷(IoT) 서비스를 구현하기 위해 다양한 마이크로(100만분의 1) IoT 장치가 개발될 것으로 전망되며 이런 마이크로 전자장치에 고용량의 초소형 이차전지는 필수적”이라며 “이번 연구 결과를 바탕으로 고출력 에너지 저장소자인 슈퍼커패시터 개발을 후속 연구로 기획하고 있고, 나노섬유 구조를 이용해 휘어지는 에너지 저장 소재도 개발할 계획”이라고 말했다.
이번 연구성과는 나노화학 분야에서 저명한 국제학술지인 ‘켐일렉트로켐’(ChemElectroChem)에 지난달 3일 온라인 게재됐고, 같은 달 30일에는 표지 논문으로 선정됐다.
이번 논문의 제1저자는 목원대 김미리 박사과정(김기출 교수 ‘기능성소재연구실’ 소속)과 충남대 서다래 석사과정(구자승 교수 연구실)이며, 나노종합기술원의 한희·이용희·안치원 박사가 교신저자이다.
이 연구는 교육과학기술부(한국연구재단), 나노의료기기 개발사업, 2020년 산학협동재단의 지원으로 진행됐다.
한편 이번 논문의 제1저자인 김미리 박사과정은 같은 전기방사 방법을 이용해 나노종합기술원 송진규 연구원과 공동 제1저자로 ‘정션프리(junction-free) 유연 투명전극’을 개발했다.
해당 연구 결과는 유명 국제학술지 ‘나노테크놀로지’(Nanotechnology)에 11월 18일 온라인판에 등재됐다.