일본산업뉴스요약

리튬이온전지, 용량 3배의 전극 개발
토호쿠(東北)대학ㆍ오사카(大阪)대학

토호쿠 대학의 쿄타니(京谷) 교수와 오사카 대학의 고바야시(小林) 교수가 이끄는 연구팀은 리튬이온전지의 용량을 최대 3배까지 높일 수 있는 전극재료 개발에 성공했다. 반도체산업 등에서 폐기되는 실리콘의 부스러기들을 분쇄해 가공한 이 전극재료는 앞으로 배터리제조사 등과 공동으로 연구 개발을 추진, 3년 뒤의 실용화를 목표로 하고 있다.

연구팀은 먼저, 반도체기판용 실리콘 웨이퍼를 만들 때 나오는 실리콘의 부스러기를 두께 약 16나노미터(나노는 10억분의 1)의 분말 형태로 가공했다. 그 다음, 분말을 굳히고 그 주위의 탄소의 얇은 막으로 감싼 뒤, 리튬이온전지의 부극(負極)용 전극으로 가공했다. 전극 단체(單體)에 전류를 흘려 그 성능을 확인했다. 전극 1g 당 용량은 1,200mAh로, 현재 사용되는 흑연 전지의 약 3배로, 800회의 충ㆍ방전을 반복해도 용량에는 거의 변화가 없었다.

배터리의 전체 용량은 부극과 정극의 성능에 의해 결정된다. 정극에도 용량이 큰 재료가 사용된다면, 최대 3배까지 배터리 용량을 극대화할 수 있다. 실리콘이 사용된 배터리는 이론적으로 흑연보다도 용량이 크다. 그러나 충전 시 결정이 팽창되어, 충 ㆍ방전이 반복될 경우, 전극은 열화(劣化)된다. 이번 개발은 실리콘의 분쇄 방법을 고안, 가루 사이에 공간을 만들어 충ㆍ방전에도 열화 되지 않도록 했다.

폐기되는 실리콘 부스러기 규모는 세계적으로 연간 9만톤이라고 한다. 새로운 전극은 실리콘의 재사용으로도 이어질 수 있을 것으로 기대되고 있다.

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