■ 레이저 기술 이용, 리튬이차전지 용량출력 향상

 

■ 레이저 기술 이용, 리튬이차전지 용량출력 향상

 

국내 연구진이 레이저 가공 기술을 이용하여 리튬 이차전지의 용량과 출력을 동시에 향상시킬 수 있는 기술을 개발했다. 광주과학기술원(GIST) 에너지융합대학원 김형진 교수와 기계공학부 정성호 교수팀은 리튬 니켈 망간 코발트 산화물(NMC), 리튬인산철(LFP), 흑연 등 다양한 리튬 이차전지의 전극을 ‘펨토초(fs·1000조분의 1초) 레이저’로 가공하여 전지 용량과 출력을 동시에 향상시키는 방법을 개발했다고 2021년 05월 26일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 ‘저널 오브 에너지 케미스트리’ 최신호에 게재됐다. 이번 연구에 활용된 핵심 기술인 펨토초 레이저는 한 펄스가 수십 펨토초 수준의 매우 짧은 폭을 갖는 레이저다. 수 ㎛(마이크로미터) 단위의 미세 가공이 가능하다는 특징이 있다.

 

리튬 이차전지에서 전극의 두께 등 구조적 특성은 전지 성능에 중요한 영향을 미친다. 전극에 강한 압축 공정을 적용하면, 에너지 밀도를 높일 수는 있지만, 이온 전도성이 떨어져 출력 밀도는 하락하는 문제가 생긴다. 연구팀은 선행 연구에서 상용 전극 수준보다 두껍고 밀도가 높은 전극의 레이저 가공을 통해 기존 전극 구조를 3차원화했다. 이를 통해 리튬 이온 확산 경로를 넓히고, 단축하여 에너지 밀도와 출력을 동시에 향상시켰다.

 

이번 연구에서 연구팀은 ‘레이저 유도 붕괴 분광법(LIBS)’이라는 기술을 사용했다. 레이저 빔으로 시료를 구성하는 물질의 조성과 성분별 함량을 분석하는 방법이다. 전극 내부의 리튬이온 분포를 시각화하여 레이저 가공 효과를 직관적으로 알 수 있도록 했다고 연구팀은 밝혔다. 김 교수는 “레이저 미세 가공 공정으로 기존 전극의 한계를 뛰어넘는 설계가 가능할 것”이라며 “리튬 이차전지의 성능 향상에 기여할 수 있기를 바란다”고 말했다.