한국생산기술연구원 임진섭 수석연구원 연구팀이 전남대학교 윤창훈 교수 연구팀과 공동으로 실리콘 음극의 구조적 안정성을 높이는 기술을 개발했다.

연구팀은 셀룰로오스-탄소나노튜브 복합체(C-CNT)를 활용해 실리콘 입자를 지지하는 3차원 전도성 골격을 구현하고, 적외선 레이저 처리를 통해 소재 간 결합력을 높였다. 이를 통해 충·방전 과정에서 발생하는 실리콘의 부피 팽창·수축에 따른 전극 손상을 완화했다.

개발된 음극은 0.1C 조건에서 2,213 mAh/g, 2.0C 조건에서 1,350 mAh/g의 초기 용량을 기록해 동일 조건의 흑연 음극보다 각각 약 7배, 20배 높은 성능을 보였다. 또한 100회 충·방전 후 용량 유지율은 71%로, 레이저 처리를 하지 않은 실리콘 음극(34%) 대비 2배 이상 향상됐다.

이번 연구 결과는 재료과학 분야 국제학술지 Advanced Functional Materials 온라인판에 게재됐으며, 과학기술정보통신부 ‘에너지 변환 및 저장 소자 자원재순환 지역혁신 선도연구센터(RLRC)’ 사업의 지원을 받아 수행됐다.

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