왕겨와 염주형법을 이용한 실리콘계 산화물/다공성 탄소 복합체 합성의 개략도. [서울대 제공]

[헤럴드경제=박혜원 기자] 서울대 융합과학기술대학원 연구팀이 ‘왕겨’에 포함된 실리카(SiO2)를 활용한 친환경 음극 소재 합성법을 개발했다.

9일 서울대에 따르면 서울대 융합과학기술대학원 박원철 교수 연구팀은 경기대 차세대융합기술연구원 유영준 센터장 연구팀, 경기대 박상윤 교수 연구팀과의 공동연구로 농업 부산물 ‘왕겨’를 산화물계 실리콘/다공성 탄소 복합체로 합성하는 데 성공했다. 염화 나트륨 소금을 이용한 염-주형법을 이용한 결과로, 이 복합체는 리튬 이온 배터리용 음극재로 적용이 가능하다.

염-주형법을 통해 염화나트륨(NaCl)은 왕겨에 약 20% 포함된 실리카를 이용해 산화물계 실리콘(SiOX)을 형성했다. 또 염화나트륨에 의한 탄소활성화 및 촉매 흑연화에 도움을 줬다.

실리콘(Si)은 기존 흑연 음극재 대비 용량이 높아, 차세대 음극재 후보군으로 각광을 받아왔다.하지만 충·방전을 반복하면서 부피가 팽창해 배터리 용량이 감소하는 것이 한계로 꼽혔다. 산화물계 실리콘은 이 같은 부피 팽창을 완화해 대안 물질로 주목을 받고 있다. 박원철 교수팀은 유독한 화학물질을 사용하는 배터리 음극 소재 합성공정을 보완할 수 있는 친환경 음극 소재 합성법을 제안했다.

기존에 염은 구조체 합성에 있어서 템플릿의 역할로만 활용됐다. 그러나 이번 연구는 염이 산화물계 실리콘 합성 및 다공성 탄소 형성에 중요한 역할을 할 수 있다는 것을 확인했다는 의미가 있다. 해당 연구는 SCIE급 저널인 세계적 학술지 ‘EcoMat’에 지난달 21일자 온라인 게재가 완료됐다.

박원철 교수팀은 “합성된 탄소 복합체는 우수한 전기화학적 성능을 보여주었으며, 향후 친환경적 에너지 저장장치용 소재 개발에 응용될 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.