한국연구재단(이사장 조무제)은 김동철 서강대 교수 연구팀이 전지의 양극을 구성하는 금속재료로 작은 구멍(공극)을 갖는 다공성 구조 설계시, 공극의 분포가 리튬이온 전지의 성능에 큰 영향을 미친다는 사실을 입증했다고 3일 밝혔다. 

리튬이온 전지는 충전해 재사용이 가능한 이차전지 중 하나다. 무게가 가볍고 에너지 저장 능력이 높아 전기자동차나 의료장비, 스마트폰의 차세대 에너지원으로 주목받고 있다. 하지만 고출력의 전지 사용조건에서 급격히 전지 성능이 떨어지는 단점을 갖고 있다. 

연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 다공성 구조로 양극재(전지의 양극을 구성하는 금속재료)를 설계할 때 리튬이온 전지의 성능이 비용량(단위 무게 당 전지 용량(mAh/g))이 크게  향상될 수 있음을 밝혀냈다. 또 고출력 사용 조건에서의 비용량 손실은 다공성 구조의 양극재의 경우 기존 단순 구형의 양극재를 사용했을 경우 대비 최대 98%까지 줄어들 수 있는 것으로 나타났다. 

또 다공성 구조 설계시 공극이 균일하게 분포하지 않으면 오히려 전지 성능 향상에 악영향을 끼칠 수 있음을 밝혔다. 공극이 특정 부위에 몰려 불균일한 분포를 갖는 양극재의 경우 공극률을 20%에서 40%로 증가시켰음에도 불구하고 비용량은 오히려 20% 감소하는 것으로 확인했다. 

김동철 교수는 "이론 연구에 기반한 컴퓨터 시뮬레이션이 이뤄짐으로써 그동안 많은 비용과 시간이 요구되던 실험 중심 연구의 어려움이 해결됐다"며 "간단하고 빠르게 리튬이온 전지의 성능 분석이 가능해졌다"고 말했다.

이번 연구는 교육부·한국연구재단의 이공학개인기초연구지원사업, 학문후속세대양성사업 등의 지원을 받았다. 연구성과는 국제적인 학술지 '사이언티픽 리포트(Scientific Report)' 지난 2월 13일자에 실렸다.