실시간 광학 현미경과 라만 맵핑 분석을 이용한 실리콘-흑연 전극의 메커니즘.(UNIST 제공)

울산과학기술원(UNIST) 이현욱, 정경민 에너지화학공학과 교수팀이 전극 측면에서 실리콘-흑연 복합재의 입자 간 불균일성에 대해 규명했다고 14일 밝혔다.

이번 규명은 실시간 현미경 분석과 수학적 모델링을 통해 진행됐다.

연구팀은 "이번 연구가 복합전극 구축을 위한 하나의 지표가 될 것이다"고 이번 연구 결과의 의의를 부여했다.

그동안 배터리 전극 깊이에 따른 불균일성은 흔히 급속충전이 불가능한 원인으로 알려져 왔다.

연구팀은 배터리 충·방전 거동 중, 흑연 전극의 깊이에 따른 불균일성을 밝혀 실리콘-흑연 복합재가 이런 불균일성의 원인을 완화하는데 도움이 된다는 것을 확인했다.

또한 충전 정도에 따라 색상이 변화하는 흑연의 특징을 이용해 전극의 깊이 별로 발생하는 반응의 불균일성을 분석했다.

이번 연구에서 실리콘이 첨가된 흑연-실리콘 음극의 경우 이러한 전극 위·아래면의 리튬 농도 불균일성을 줄이는 역할을 하는 것을 확인했다.

이때 실리콘 음극재가 리튬이온의 버퍼 역할을 하는 것도 밝혀냈다.

이는 흑연-실리콘 음극이 일반 흑연 음극보다 빠르게 충전이 가능하다는 사실을 보여준다.

연구팀은 이러한 현상을 이해함으로써 복합소재 전극을 만드는 것에 획기적 도움을 줄 수 있다고 설명했다.

이번 연구는 UNIST 미래선도형 특성화사업, 과학기술정보통신부·한국연구재단 신진연구사업, 기후변화대응기술개발사업, 삼성SDI의 지원으로 수행됐다.

에너지 소재 분야의 세계적인 국제학술지인 ‘에너지 스토리지 머티리얼스(Energy Storage Materials)’에 2월 19일자로 온라인 게재됐다.