건국대 연구진, 저온 공정으로 고성능 리튬이온전지 음극 소재 개발 성공

김형석 기자

작성일 2026-09-07 18:03

건국대학교 조한익 교수(화공생명에너지공학부) 연구팀이 100℃ 이하의 저온 공정만으로 리튬이온전지 음극 소재인 이산화망간(MnO₂)의 성능과 안정성을 높이는 기술을 개발했다고 밝혔다. 이 기술은 고온 열처리나 별도의 화학적 환원 공정 없이 소재 내부의 결함과 계면을 제어하여 이론 용량에 근접한 리튬 저장 성능을 구현하는 것이 특징이다. 이번 연구는 중앙대학교 박해선 교수 연구팀과 공동으로 수행되었으며, 연구 결과는 에너지 저장 분야 국제학술지 ‘Journal of Energy Storage’(IF=10.7)에 게재됐다.

리튬이온전지는 휴대 전자기기와 전기차 등에 필수적인 에너지 저장 장치로, 전극 소재의 성능 향상이 중요하다. 이산화망간은 높은 이론 용량과 친환경성 등의 장점으로 차세대 음극 소재로 주목받고 있으나, 낮은 전기전도도와 반복 충·방전 시 구조적 불안정성 등의 한계가 있었다.

연구팀은 이산화망간과 그래핀옥사이드를 결합한 복합 소재를 제작하고, 그래핀옥사이드 합성 과정의 저온 반응을 이용해 이산화망간 내부의 ‘산소 공공(oxygen vacancy)’을 제어하는 방식을 적용했다. 산소 공공은 소재 내부의 구조적 결함으로, 적절히 형성될 경우 전기화학적 반응을 촉진할 수 있다. 기존에는 고온 열처리나 화학적 환원 공정을 주로 사용했으나, 이는 에너지 소모가 많고 소재 손상 가능성이 있었다.

연구팀은 별도의 고온 환원 과정 없이 저온 반응 조건 조절만으로 산소 공공을 효과적으로 형성했으며, 이를 통해 높은 가역 용량과 이론적 최대 용량에 근접한 리튬 저장 성능을 확보했다. 또한, 추가적인 저온 열처리를 통해 이산화망간과 그래핀 사이의 계면 결합을 강화하여 반복적인 충·방전에도 성능을 유지하고 소재의 구조적 열화를 억제하는 데 성공했다.

이번 연구는 저온 공정으로 소재 내부 결함과 계면을 동시에 제어하여 높은 저장 용량과 안정성을 확보했다는 점에서 의미가 있다. 이는 에너지 소비를 줄이면서 소재 기능을 향상할 수 있는 새로운 설계 전략을 제시하며, 향후 다양한 복합 소재 개발에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구는 과학기술정보통신부 산하 한국연구재단(NRF)과 한국산업기술진흥원(KIAT)의 지원을 받아 수행됐다.

추천 0