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윤원섭 성균관대 교수 연구팀, 전기차 배터리 용량 2배 증가
윤원섭 성균관대 교수 연구팀, 전기차 배터리 용량 2배 증가
  • 교수신문
  • 승인 2021.01.29 10:59
  • 댓글 3
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차세대 초고용량 베터리 성능에 결정적 영향
원자단위 설계를 통해 양극소재 개발 가능해질 것
『Advanced Energy Materials』 표지 논문 선정
윤원섭 교수
윤원섭 교수

윤원섭 성균관대 교수(에너지과학과) 연구팀(제1저자 이하연 연구원)이 전기차 배터리 용량을 2배 증가시킬 수 있는 연구를 발표했다. 기존 성능의 한계를 획기적으로 뛰어넘을 수 있는 새로운 양극소재 개발이 가능해진 것이다.

전기차 배터리 시장이 확대되면서 필수 소재인 고용량 양극소재 개발이 활발하게 이뤄지고 있다. 현재 사용되고 있거나 곧 사용될 NCM, NCA 등의 하이니켈계 양극소재들은 용량이 약 200mAh/g이지만, 최근 주목받고 있는 신개념 무질서 양극소재는 용량이 약 400mAh/g에 달한다. 베터리 용량이 두 배 늘어남에 따라 전기차 주행거리를 획기적으로 증가시킬 것으로 기대되고 있다.

이무질서 양극소재의 개념은 2014년 MIT의 거브랜드 시더 교수 그룹이 관련 연구를 『사이언스』에 발표하면서 주목받기 시작했다. 양극소재 내에서 리튬 이온이 빠르게 확산하기 위해서는 구성 양이온들이 높은 규칙성을 가지고 정렬되어 있어야만 한다는 전통적인 통념과는 반대로, 리튬의 함량이 특정 수준 이상일 때에는 양이온들이 무질서하게 섞인 상태에서도 빠른 리튬 이온 확산 통로가 형성되어 고용량 발현이 가능해진다는 것이다. 

무질서구조 '리튬-몰리브데늄-크롬 산화물'의 '국부 분리'를 보여 주는 모식도
무질서구조 '리튬-몰리브데늄-크롬 산화물'의 '국부 분리'를 보여 주는 모식도

현재 이를 응용한 양극소재 개발이 전 세계적으로 활발히 이뤄지고 있다. 하지만 문제는 이들 무질서 양극소재에서 양이온 분포의 실제 형태 및 연관된 반응 메커니즘에 대한 이해가 불완전하다는 점이다. 이들의 수명 및 출력특성을 향상시켜 실제 상용화 단계로 끌어올리기 위해서는 구체적인 구조 및 작동 메커니즘에 대한 이해가 필수적이다.

이에 윤 교수 연구팀은 초기 규칙적으로 잘 정렬된 층상구조에서 충·방전 이후 무질서구조로 변화하는 특성을 가진 리튬-몰리브데늄-크롬 산화물을 방사광가속기 X-선 및 전기화학 방법을 통해 관찰하여, 무질서구조 형성 과정에서 발생하는 특성 변화를 체계적으로 분석했다. 

그 결과, 무질서구조 형성 시 무작위로 분산되는 것처럼 보이는 양이온들이 실제로는 원자 수준에서 일정한 규칙을 갖는 분리된 도메인을 형성하는 것을 포착했다. 연구팀은 이것의 형태에 따라 리튬확산 경로가 결정된다는 것을 발견하고, 이들이 전지 성능에 미치는 역할을 규명했다. 

이하연 연구원
이하연 연구원

이 연구원은 “향후 전기자동차 주행거리 증가에 필수적인 새로운 고에너지 밀도 양극소재로서 무질서구조 기반 소재들이 최근 큰 가능성을 보여주고 있으며, 본 연구는 이들의 구조-특성-성능 간의 상관관계를 밝혀냄으로써 새로운 소재 설계에 필요한 중요한 정보를 제공했다”라고 연구 의미를 설명했다.

본 연구는 한국연구재단의 지원을 받아 수행되었으며, 소재과학 분야 학술지 『Advanced Energy materials』의 1월 21일자 온라인 표지 논문으로 선정됐다.

 


 


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윤진한 2021-02-02 12:35:16
교과서 교육은 거의 변할 사유가 없을것입니다. 성균관대,개교 6백주년 맞아 개최한 학술회의. 볼로냐대(이탈리아), 파리 1대(프랑스), 옥스포드대(영국), 하이델베르크대(독일),야기엘로니안대(폴란드) 총장등 참석.

윤진한 2021-02-02 12:33:02
볼로냐.파리대학 교육. 이러한 세계사의 교육은 국제관습법으로 존중받는 영역임. 세계사의 교황은 교황성하로 지위가 높고 가톨릭국가들의 구심점인데, 서강대는 교황윤허로 설립이 기획되어 설립된 예수회(교황청의 실세,귀족출신 사제 이나시오가 설립)산하의 Royal대학임. 현행헌법 임시정부 반영(을사조약.한일병합 무효,대일선전포고). 주권없는 패전국奴隸.賤民 왜구 서울대와 추종세력의 대중언론 도전은 헌법이나 국사 성균관자격(성균관대) 못 이깁니다.대중언론에서 아무리 공격당해도 국사 성균관(성균관대), 한나라 태학.이후의 국자감(베이징대로 승계), 볼로냐.파리대학의 교과서 자격은 변하지 않더군요. 세계종교 유교와 로마 가톨릭도 그렇습니다.교황성하의 신성성도 변하지 않더군요. 과거와 마찬가지로 앞으로도 교과서 교육은

윤진한 2021-02-02 12:32:10
좋은 연구입니다.Royal성균관대(한국최고대)와 서강대(성대다음)는일류,명문. 法.교과서>입시점수 중요. 미군정法(미군정때 성균관복구 법령발효)에 의해, 국사 성균관 자격은 성균관대로 정통승계, 해방후 국사교육으로 현재까지 성균관대 자격으로 이어짐.그리고 박정희 대통령때 시작해 노태우대통령때 발행된 한국학중앙연구원의 한국민족문화대백과(대통령령에 의해 발행되어 행정법상 자격가짐)에서 해방후 성균관대가 조선 성균관의 정통을 승계하였다고 공식화하여 성균관대의 국사 성균관 자격승계는 법으로 더 보강됨. 서강대는 교황윤허 대학임. 국내법과 달리 강행법은 아니지만 국제관습법이 있음.세계사의 4대문명이나, 세계종교 유교, 가톨릭, 중국 한나라 태학.그 이후의 국자감(원.명.청의 국자감은 베이징대로 승계됨), 서유럽의 볼