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리튬이온전지의 음극소재용 탄소나노튜브의 응용

전문가 제언: ○ 리튬이온전지는 전자기기용 소형전지로 시작하여 지금은 전기자동차용 대형전지로의 실용화를 눈앞에 두고 있다. 그러나 제품의 경박단소화의 경향과 보다 향상된 안전성의 요구로 아직도 부단히 연구개발 되고 있는 분야다. 정부도 그 중요성을 인지하여 2011년에 이차전지 핵심소재를 ‘생태계발전형 10개 신성장동력사업’ 중 하나로 선정했다.

○ 이차전지의 소재는 양극활성물질, 음극활성물질, 양극기재, 음극기재, 분리막, 전해액의 6대 핵심 소재로 분류된다. 국내의 전지소재 산업과 기술수준은 그간 많은 발전과 향상이 있었지만 아직도 대형전지의 핵심소재는 수입의존도가 매우 높다. 그 중에서 특히 음극소재는 일본의 독무대로 국산 비중은 0.1%로 극히 미미하다.

○ 리튬이차전지의 음극소재는 현재 흑연이 대세다. 흑연전극의 용량향상을 위한 다양한 시도와 함께 현재는 그래핀, 탄소나노튜브, 플러렌 등이 주목을 받고 있다. 이들은 모두 탄소동소체로 구조의 차원에 따라 분류된 것으로 물리화학적 특성들이 새롭게 밝혀지면서 에너지 저장용 신소재로 주목을 받고 있다.

○ 탄소나노튜브는 1차원 구조로 3차원 구조의 흑연보다 리튬저장용량에서 유리하다. 더욱이 탄소나노튜브는 리튬저장 기능 외에 고용량 활물질의 지지체로서의 기능이 더욱 돋보인다. 이 기능은 그간 분말화 등의 문제로 기피하던 다양한 고용량의 활물질을 이용할 수 있는 가능성을 다시 열어놓았다.

○ 본고에 유망 음극소재로 제시된 Si/CNT, 금속/CNT 등의 복합소재 뿐만 아니라 그래핀, 플러렌의 복합소재로도 시야를 넓혀야 하겠다. 특히 카본소재를 떠나 금속 지지체에 CNT, 그래핀 등의 나노활물질을 합성하는 새로운 전극재료의 설계와 제조공법에 더욱 관심을 가져 할 것이다.

저자: Chales de las Casas, Wenzhi Li
자료유형: 학술정보