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윤영수교수님, 고에너지·고출력 리튬이온전지를 위한 흑연-하드카본 하이브리드 음극 기술 개발
2026.09.01 Views 116
고에너지·고출력 리튬이온전지를 위한 흑연-하드카본 하이브리드 음극 기술 개발
왼쪽부터 KU-KIST융합대학원 김시온 석사 과정, 윤영수 교수
연구진은 리튬이온전지의 음극 소재인 흑연과 하드카본을 단순히 물리적으로 혼합하는 것만으로도 두 소재가 서로의 약점을 보완할 수 있음을 밝혔다. 또한, 두 소재에서
발생하는 상호 보완적 동역학 거동을 규명하여, 약 500 mA h g-1의 높은 가역용량을 갖는 음극을 구현하고, NCM811 완전지에서 기존 흑연 기반 전지 대비 21.8% 향상된 에너지밀도와 14% 향상된 출력밀도를 갖는 전극 소재를 개발하였다.
본 연구에서는 흑연과 하드카본을 화학적으로 결합하거나 복잡한 공정을 거치지 않고, 일반적인 전극 제조 방식으로 물리적으로 혼합하였다. 그 결과, 두 소재가 단순히 각각의 용량을 더하는 것이 아니라 서로의 리튬 저장 반응을 도와주는 새로운 상호작용을 보였다. 흑연은 일정한 전압 구간을 제공하여 하드카본이 더 충분히 리튬을 저장할 수 있도록 돕고, 하드카본은 빠른 충전 조건에서 흑연에 집중되는 전류 부담을 줄여 흑연의 속도 한계를 완화하였다. 이를 통해 최적화된 흑연–하드카본 혼합 음극은 약 500 mA h g⁻¹의 높은 가역용량을 나타냈으며, 16배 높은 전류 조건에서도 351 mA h g⁻¹의 용량을 유지하였다. 또한 NCM811 양극과 조합한 완전지에서도 흑연 음극 기반 전지보다 높은 에너지밀도와 출력밀도를 보여, 고에너지·고출력 리튬이온전지 음극 소재로서의 가능성을 확인하였다.
이번 연구는 하드카본이 단순히 흑연을 보조하는 첨가제가 아니라, 흑연과 함께 리튬 저장 경로를 조절하는 능동적인 소재로 작용할 수 있음을 보여준다. 특히 복잡한 합성 공정 없이 물리적 혼합만으로 성능 향상이 가능하다는 점에서, 차세대 리튬이온전지 음극 설계에 실용적인 방향을 제시했다.
본 연구는 “Reciprocal Kinetic Rerouting in Physically Blended Graphite–Hard Carbon Anodes”의 제목으로 지난 8월 21일 Advanced Functional Materials에 온라인 게재 되었다.
그림 1. 흑연과 하드카본 복합 음극에서의 상호 보완적 리튬 저장 경로 모식도
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