인공지능(AI), 홍채나 음성 인식 등 스마트폰의 기능은 갈수록 첨단화되고 있지만 기술 진전 속도가 상대적으로 뒤쳐진 분야가 있다. 바로 스마트폰에 에너지를 공급하는 배터리다. 기능이 고도화될수록 많은 에너지를 소비하는만큼 용량이 크면서도 빠르게 충전할 수 있는 배터리에 대한 수요는 점점 높아지고 있다. 포스텍(POSTECH) 화학공학과 이진우 교수·조장신 박사후연구원 팀이 그동안 합성의 어려움으로 인해 활용되지 못한 계층형 다공성 구조의 무기 소재를 이용해 리튬이온 2차전지에 활용할 수 있는 전극소재 개발에 성공했다.

물질 속 기공은 크기에 따라 마이크로 기공(<2nm), 메조 기공(2~50nm), 매크로 기공(>50nm)으로 나뉜다. 계층형 다공구조란 이런 서로 다른 크기의 기공을 2개 이상 포함하는 구조를 말한다. 표면적이 넓고 물질을 전달하는 성능도 뛰어나 2차전지 소재로 활용될 수 있을 것으로 기대를 모았다. 하지만 소재의 기공을 동시에 조절하려면 복잡한 방법을 거쳐야 하므로 대량생산이 어렵다는 게 걸림돌이다.

18일 POSTECH에 따르면, 이진우 교수팀은 용매가 증발하는 조건을 조절해 블록공중합체와 상분리가 동시에 일어나도록 함으로써 이 물질을 간단히 합성해 냈다. 이 기술은 이번에 이용된 티타늄 니오비윰 산화물뿐만 아니라 텅스텐이나 티타늄계 산화물 등 다양한 무기 소재에 적용할 수 있다.

연구팀이 합성해낸 소재는 전극내 전해액 침투성을 높여 리튬이온이 더 쉽게 전달되도록 한다. 산화·환원 반응을 위한 표면적도 커져 충전 속도가 획기적으로 빨라졌다. 조사 결과, 리튬이온 2차전지에 적용할 때 단 6분 만에 최대의 75%를 충전시킬 수 있을 정도로 성능이 뛰어났다.

이 교수는 "계층형 다공성 무기소재는 에너지 전극소재로 많은 장점이 있었지만 복잡한 합성법으로 빛을 발하지 못한 소재였다"며 "앞으로 추가연구를 통해 리튬이온 2차전지뿐만 아니라 다양한 에너지 전극 소재 성능을 향상시킬 수 있을 것"이라고 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부의 중견연구자지원사업과 기초연구실 사업을 통해 수행됐다. 연구 성과는 소재 분야 세계적 권위지 ‘어드밴스드 머터리얼스(Advanced Materials)’ 최신호에 실렸다.

송강섭 기자 successnews@successnews.co.kr

Copyright ⓒ 썩세스경제