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리튬 저장을 위한 2D 나노구조

전문가 제언: ○ 노트북 PC, 스마트폰, 스마트패드 등 휴대용 전자기기의 보급에 따라 2차 전지의 수요가 급증하고 있으며 장차 전기자동차나 대용량 데이터 저장장치가 일반화 되면 그 수요는 폭발적으로 증가할 것이다. 특히 전기자동차는 보다 큰 전력 및 에너지 밀도, 긴 수명, 짧은 충전 시간을 가진 에너지 저장 소자를 필요로 한다. 이러한 요구에 부응하여 리튬이온전지의 리튬 저장 능력을 향상시키는 방안에 대한 관심이 증가하고 있다.

○ 리튬이온전지의 성능은 주로 리튬 저장을 위한 전극, 특히 애노드의 성능에 의해 결정된다. 나노구조는 고성능 에너지 소자를 개발하기 위한 바람직한 접근방법의 하나로 전극의 리튬 저장 방법과 능력은 거의 그들의 구조적 특성에 의존한다. 특히 다공성 2D 구조는 리튬 이온의 빠른 확산 및 저장을 위한 짧은 경로와 넓은 표면적을 제공한다. 본고에서는 리튬 저장을 위한 2D 나노구조와 전극 재료에 대해 검토한다.

○ 우리나라는 1999년에 2차 전지 산업에 진출하였으며, 2011년을 기준으로 제조기술 및 시장점유율 측면에서 20년 정도 1위를 유지해온 일본과 대등한 수준에 도달했다. 그러나 핵심 원천기술은 일본과 미국에 비해 상당히 취약하며, 리튬이온전지의 4대 핵심 소재(양극재, 음극재, 분리막, 전해질)의 시장점유율은 20.6%로 일본 46.6%, 중국 23.9%에 이어 3위에 머물렀다. 특히 원가에 영향을 크게 미치는 양극재와 음극재의 국산화율은 각각 20%와 0% 수준으로 극히 저조하다.

○ 중대형 리튬전지의 핵심 전극재료 기술 개발을 목표로 2010년 WPM 고성능 2차 전지 소재 사업단이 발족되었으며 35개 산학연이 참여하고 있다. 전자부품연구원 차세대전지연구센터는 2004년부터 차세대 2차 전지, 슈퍼커패시터, 금속공기전지 등을 연구하고 있다. 울산과학기술대 차세대전지기술융합연구단은 LG 화학, ETRI, 전자부품연구원 등의 참여하에 ‘플렉시블 고체형 필름전지’를 개발하고 있다. 연구 개발이 원활히 진행되어 핵심 소재를 포함한 차세대 전지 기술 및 시장을 선도할 수 있기를 기대한다.

저자: Jiehua Liu, Xue-Wei Liu
자료유형: 학술정보