포스텍 연구팀, 산업폐기물로 휴대폰과 전기차 고용량 배터리소재 개발

포스텍(포항공대) 연구팀이 산업폐기물을 이용, 고용량 배터리 소재를 개발했다.

포스텍은 이진우(43·사진) 교수팀이 철강 생산과정에서 발생하는 슬래그 폐기물을 간단한 공정을 통해 고부가가치 소재로 주목받고 있는 다공성 실리콘(Si)으로 바꾸는데 성공했다고 27일 밝혔다.

이 실리콘은 기존에 사용돼 왔던 흑연전극보다 용량이 4배 이상 크고, 실리콘 소재에 비해 내구성이 뛰어나다.

스마트폰과 노트북, 전기차 등에 사용되는 리튬이온전지의 전극은 보통 흑연 소재를 사용하고 있으나 더욱 높은 용량을 위해서는 새로운 소재가 필요하다. 특히 실리콘이 차세대 소재로 눈길을 모았지만, 충전이나 방전 중에 부피가 팽창하며 수명이 저하되는 현상이 일어날 뿐 아니라 무엇보다 흑연에 비해 4배 이상 비싼 가격이 문제였다.

내구성을 향상하기 위해 다공성 구조의 실리콘을 사용하는 방법이 제안되기도 했으나 이런 실리콘을 만들려면 고가의 원재료가 필요하거나 제조 방법이 복잡했다.

이 교수팀은 산업 폐기물인 슬래그의 주성분 중 하나가 실리콘 산화물인 점에서 아이디어를 얻었다. 또 슬래그에서 실리콘 산화물을 제외한 다른 성분은 쉽게 제거되는데, 이 과정에서 자연스럽게 수 나노미터(㎚)의 기공이 생기고 마그네슘 환원 공정을 같이 진행하면 1ｇ당 수백㎡의 넓은 표면적을 갖는 다공성 실리콘이 만들어진다.

이 실리콘을 리튬이온전지의 음극으로 만들면 다른 실리콘에 비해 수명과 용량이 뛰어날 뿐 아니라 충전과 방전 속도도 더욱 빨라지는 것으로 확인됐다.

이 교수는 “산업 폐기물을 효율적으로 처리하면서, 스마트기기의 활용과 전기차의 부상으로 더욱 부가가치가 높아지고 있는 배터리 소재를 저가로 개발할 수 있는 기술”이라며 “후속 연구를 통해 아직까지 국산화가 저조한 편인 리튬이온전지 음극 소재의 원천 기술을 확보하면 이를 통한 고수익 창출에도 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

포항=장영태 기자 [e-mail]