KAIST, 리튬이온전지 충방전 과정 나노스케일 영상화 성공

NCM622 양극재 충방전 상태에 따른 변화
<NCM622 양극재 충방전 상태에 따른 변화>

한국과학기술원(KAIST)은 고용량 리튬이온배터리 충방전시 리튬이온 움직임, 전자 전도 경로 등을 원자간력 현미경과 엑스레이 회절 및 흡수 패턴을 분석해 영상화했다고 28일 밝혔다.

홍승범 신소재공학과 교수팀이 독일 아헨공대의 플로리안 하우센 교수, 카린 클라이너 독일 뮌스터대 교수와 협업해 이룬 성과다.

연구팀은 원자간력 현미경의 모드 중에서 전기화학적 변형 현미경(ESM)과 전도성 원자간력 현미경(C-AFM)을 활용했다. 친환경차 배터리에 적용되는 고용량 양극재 'NCM622'를 살폈다.

이를 근단엑스선형광분광계(NEXAFS), 엑스선회절패턴(XRD pattern)과 비교 분석했다. 리튬이온이 양극재에 확산해 들어갈 때 전기전도도가 낮아지는 현상을 검증하고, 이를 ESM, C-AFM 영상과 비교하면서 상당한 상관관계가 있음을 밝혀냈다.

홍승범 교수는 “배터리 소재 내에서 리튬이온의 확산을 영상화하고 이를 통해서 일어나는 현상들을 다중 스케일에서 이해하는 것은 향후 신뢰성이 높고 수명이 긴 고속 충방전 배터리 소재를 디자인하는 데 매우 중요하다”며 “향후 신소재 영상화 기술과 머신러닝 기술을 융합하는 것이 20년 걸리던 배터리 소재 개발기간을 5년 이내로 단축할 수 있을 것”이라고 말했다.

신소재공학과 알비나 제티바예바 연구원이 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 'ACS 어플라이드 에너지 머티리얼스'에 게재됐다.

이번 연구는 KAIST 글로벌 특이점 사업과 한국연구재단의 거대과학연구개발사업 지원을 받아 수행됐다.

김영준기자 kyj85@etnews.com