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김현석 교수 연구팀, ‘Small’ 논문 게재

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김현석 교수 연구팀, ‘Small’ 논문 게재 사진1

차세대 5V급 고전압 양극소재 개발 및 반응 메커니즘 규명 

 

공과대학 신소재공학과 김현석 교수 연구팀이 울산과학기술원 서동화 교수 연구팀과 고에너지밀도 소재로 촉망받는 고전압 양극소재 개발 및 반응 메커니즘을 규명하고, 유연 기판 위에 전고체 박막배터리를 구현하는 데 성공했다.

이번 연구 결과는 국제 저명 학술지 ‘Small’(IF: 13.281)에 5월 2일자 온라인에 게재됐으며, 신소재공학과 김종헌 박사 후 연구원이 제1 저자, 김현석 교수가 교신 저자로 참여했다.(논문 제목: Investigation of ordering on oxygen-deficient LiNi0.5Mn1.5O4-δ thin films for boosting electrochemical performance in all-solid-state thin-film batteries) 

최근 사물인터넷 (IoT·Internet of Things) 시대를 넘어 사물배터리 (BoT·Battery of Things) 시대가 도래함에 따라 고출력/고에너지밀도 및 장기 수명을 가지고 있는 배터리가 필요하게 됐다.

이에 김현석 교수 연구팀은 차세대 5V급 고전압 양극 소재가 적용된 전고체 박막배터리를 개발해 우수한 충·방전 속도, 장기 안정성 및 유연한 특성을 확보해 현재 액체 전해질 기반의 배터리 시스템을 대체했다.

연구팀은 이번 연구를 통해 고에너지밀도 및 장기수명 특성을 나타내는 유연 전고체 박막배터리를 구현하는 데 성공했다. 또, 기존 배터리의 폭발 위험성 문제 해결의 가능성과 다양한 차세대 전자기기에 들어가는 배터리 분야에 적용 가능성을 제시했다.

이뿐만 아니라 연구팀은 차세대 5V급 고전압 소재 리튬니켈망간산화물을 (LiNi0.5Mn1.5O4) 박막화하는 공정에서 아르곤/산소 분압 조절에 따른 구조 및 전기화학적 특성 차이가 나타남을 실험적으로 확인했다. 또, 구조 차이에 따른 전기화학적 특성차이를 밀도범함수 이론 기반의 양자역학 모델링 기법을 통해 반응 메커니즘을 규명했다.

김현석 교수는 “현재 높은 안정성 및 고성능을 요구하는 박막배터리 분야에서 가장 큰 문제로 꼽히는 저전압 양극 소재 사용에 따른 낮은 에너지밀도를 향상시키는 새로운 방법들을 제시함에 있어 의미 있는 연구라고 생각된다”며, “상용화를 위해 지금보다 더 높은 에너지밀도를 나타내고 유연한 전고체 박막배터리 시스템 개발에 앞장서겠다”라고 말했다.




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