한국 과학자들, 리튬이온 배터리 에너지 저장 용량 및 충전 속도 향상시키는 새로운 나노 물질 개발

6월 26일자 포항공과대학교(POSTECH) 김원배 교수팀은 최근 망간 페라이트(Mn3-xFexO4) 나노시트를 리튬이온 양극으로 사용하는 중요한 돌파구를 찾았습니다. 배터리 소재는 전자 스핀을 조절하여 배터리의 에너지 저장 용량과 충전 속도를 성공적으로 향상시켰습니다. 이번 연구 결과는 '어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials)'지에 게재됐으며 표지논문으로 선정됐다.

에디터가 파악한 바에 따르면, 고속 충전 방식을 사용해도 현재 전기차의 충전 시간은 여전히 ​​길어 보통 최소 30분 이상 소요됩니다. Jin Yuanpei 교수와 그의 팀의 연구는 전기 자동차의 충전 시간에 대한 새로운 희망을 제시합니다.

리튬이온 배터리의 효율은 주로 양극재가 리튬이온을 저장하는 능력에 따라 달라집니다. 진위안페이(Jin Yuanpei) 교수팀은 새로운 음극소재를 개발하고 자가혼합법을 통해 표면적이 큰 망간 페라이트 나노시트 합성에 성공했다. 이 새로운 물질은 이론적 한계를 뛰어넘어 더 많은 리튬 이온을 저장할 수 있습니다.

연구팀은 리튬이온 에너지 저장 능력이 뛰어나고 강자성이 좋은 소재인 망간 페라이트 나노시트를 제조하는 새로운 방법을 고안했습니다. 이들은 산화망간과 철이 혼합된 용액에서 치환반응을 진행해 이종구조 화합물을 형성한 뒤 수열법을 이용해 나노크기의 망간 페라이트 나노시트를 제조했다. 이 방법은 전자의 높은 스핀 분극을 활용하여 리튬 이온의 저장 용량을 크게 향상시킵니다.

이러한 혁신으로 팀은 망간 페라이트 음극재의 이론 용량을 성공적으로 돌파하고 양극재의 표면적을 늘려 배터리 충전 속도를 높이는 데 성공했습니다. 실험 결과, 현재 시판 중인 전기차와 동등한 용량의 배터리를 완충하는 데 6분밖에 걸리지 않는 것으로 나타났다.

진위안페이 교수는 이번 연구가 복잡한 양극재 제조 과정을 단순화하고, 배터리 용량을 늘리고 충전 속도를 높이는 데 상당한 진전을 이뤘다고 말했다. 그는 이 기술의 상업적 전망에 대해 낙관적이며 이 기술이 전기 자동차의 배터리 수명을 향상시키고 충전 시간을 단축할 수 있다고 믿습니다.

본 연구는 한국연구재단과 과학기술정보통신부의 중기연구자사업, 첨단연구센터사업, 차세대 리튬이온 이차전지 성능 등의 지원을 받아 수행되었습니다. 산업통상자원부 발전계획의 개선 및 신제조기술.

이 연구 혁신은 리튬 이온 배터리 화학 분야에서 중요한 이정표가 될 수 있습니다. 상용화에 성공하면 이 기술은 전기자동차와 기타 기기의 배터리 성능에 혁명을 일으킬 수 있다. 이 기술은 배터리 용량을 획기적으로 늘리고 리튬 사용량을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 충전 시간도 획기적으로 단축할 수 있습니다. 이 기술이 하루빨리 상용화되어 전기차 발전에 중요한 기여를 할 수 있기를 바랍니다.

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