매일일보 = 최한결 기자  |  광운대학교 전자융합공학과는 심준섭 교수 연구진이 그래핀을 활용해 혁신적인 리튬 이온 배터리 음극 소재를 개발했다고 21일 밝혔다.

이 연구는 그래핀을 지지하는 폴리머 지지체를 사용해 그래핀 필름을 제작하고 이를 음극재로 이용한 리튬 이온 배터리를 제작하는 방식으로 진행됐다. 

개발된 그래핀 음극재는 그래핀 구조를 안정적으로 유지하며 전자와 이온의 수직 이동 경로를 제공해 리튬 이온 배터리의 전반적인 성능을 향상시키는 데 중요한 역할을 한다.

이 기술은 비용 효율적이며 대량 생산이 가능해 차세대 배터리 소재로 큰 기대를 모으고 있다.

이번 연구 결과는 전자재료 분야의 세계적인 SCI 저널인 스몰 메소드(Small Methods)에 게재됐다.

최근 전기차와 휴대기기의 수요가 급증함에 따라 고성능 배터리에 대한 필요성이 더욱 커지고 있다.

그래핀 음극재는 높은 전자 이동성과 이온 전도성을 갖고 있지만, 그래핀을 필름 형태로 제작할 경우 필름 구조를 유지하지 못하고 쉽게 부서지는 문제가 있었다.

이로 인해 그래핀을 대량 생산해 리튬 이온 배터리의 음극재로 적용하기 어려웠으며 배터리에 적용했을 때 그래핀이 부서지면서 수명이 짧아지는 문제가 발생했다.

심준섭 교수 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 육각형 폴리머 구조의 지지체에 그래핀을 형성해 견고한 그래핀 폴리머 필름을 개발했다.

이 필름은 수직 방향으로 높은 전자 이동성과 이온 전도성을 갖추고 있어 배터리 효율이 높으면서도 긴 수명을 유지하는 것을 실험을 통해 입증했다.

또한 바인더가 필요 없는 자립형 전극으로서 비용 효율적이며 배터리 무게도 감소시켰다. 

이번 연구에서 개발된 그래핀 폴리머 필름은 배터리 음극 소재로서 581 mAh/g의 용량을 기록했으며 400회 이상의 충방전 테스트에서도 80%의 용량을 유지하는 성과를 달성했다. 이런 성능은 기존 리튬 이온 배터리 기술에 비해 뛰어난 것으로 차세대 배터리의 성능 향상에 크게 기여할 것으로 기대된다.