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첨단기술정보

리튬이온배터리의 비밀

전문가 제언: 리튬철인산염(LiFePO4)은 1996년 발견된 이래로 리튬이온배터리의 양극용 물질로 가장 싸고도 안전한 물질이면서, 고속 충전 및 방전에 탁월한 성능을 가지고 있어 널리 사용되고 있다. 이런 우수한 성능은 이 물질이 가지고 있는 혼합성 간격(miscibility gap)이나 상태 변환에도 불구하고 가능한 것이어서 이에 대한 이해가 필요한 실정이다. 실제로 혼합성 간격과 상태 변환은 과포화 상태를 유도하며, 리튬 주입 및 추출을 어렵게 하여 전지의 충전과 방전을 느리게 하고, 심한 경우 구조적 손상을 가져오기도 하기 때문이다.

최근 Science(vol. 344, 1480, 2014)에 발표된 논문을 통하여 Liu 연구팀은 리튬이온배터리에서 혼합성 간격을 피해가는 경로가 존재하며, 따라서 충전-방전 과정에서 상태 변환이 일어나지 않는다는 가능성을 제시하였다. 순수한 LiFePO4는 절연체의 성질을 가지고 있기 때문에 초기에는 저출력 배터리 소재로 여겨졌으나 탄소 코팅 및 불순물 주입, 입자의 나노미터 가공 등을 통하여 수초 내에 저장 에너지를 방출할 수 있는 소재로 탈바꿈하였다. Liu 연구팀의 결과의 핵심은 이 물질의 방전과정을 이해하는 것이다.