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분자클러스터를 이용한 2차전지

전문가 제언: ○ 휴대전화, 휴대기기, 전기자동차, 하이브리드차 및 대형전원 등에 사용되는 리튬이온 2차 전지는 충방전 시간이 많이 걸리는 결점이 있으므로 급속충전이 가능한 고에너지형 2차 전지 개발이 요구되고 있다. 합성하기 쉬운 초산을 배위자로 하는 Mn12Ac([Mn12O12 (CH3COO)16(H2O)4]) 10wt%와 도전성 탄소재료 및 바인더를 혼합하여 정극재료를 제조한 정극활물질의 분자클라스터를 이용한 2차 전지에 관하여 검토하였다.

○ 리튬이온 2차 전지의 정극활물질은 일반적으로 LiCoO2를 활용하지만 재료 중의 Co가 고가이고 자원도 희소하므로 대체 재료의 개발이 검토되고 있다. LiNi0.8Co0.2O2, LiMn2O4, LiFePO4 등 여러 가지 정극재료가 연구되고 있는 중에 Mn12Ac의 전극활물질은 Co나 Li화합물을 사용하지 않고도 초기전위 3.8V에서 최종적 방전용량이 200Ah/kg이 관측된 것은 활물질 정극재료 개발에 새로운 장을 열었다고 생각된다.

○ 분자클러스터 전지의 개량은 정극 분자클러스터와 탄소재료의 간단한 혼합물을 이용하기 때문에 분자클러스터에서 전극에 전자가 이동된다. 분자클러스터와 단층카본나노튜브(SWNT)가 나노복합체로 제조되면 분자클러스터로부터 전자가 원만하게 이동하거나 확산이 예상되므로 분자클러스터 전지의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다고 생각된다.

○ 이 복합체 전지의 충방전 속도 의존성을 검토한 결과 2mA에서 얻은 용량이 250Ah/kg일 때 방전시간이 1.1시간이고 PMo12만을 활물질로 한 전지의 1mA에서의 용량 260Ah/kg에서 방전시간이 2.2시간이 소요되어 PMo12-SWNT가 급속 충방전이 가능하다는 특징을 보이고 있다.

○ 국내에서는 분자클라스터를 이용한 2차 전지를 개발한 것은 찾아 볼 수 없었으나 최근 삼성정밀화학은 리튬이온 2차 전지 양극소재 공장을 기공하였고 한화케미컬은 LiFePO4 양극소재 생산을 준비하고 있으며 기타 LG화학, 포스코, GS 등 주요기업에서 2차 전지 소재개발에 집중적으로 투자하고 있으므로 머지않아 Co를 사용하지 않는 분자클러스터 전지도 개발되리라고 생각된다.

저자: H.Yoshikawa, K. Awaga
자료유형: 학술정보