저온에서 실리콘 합성기술로
대용량 배터리 활성화에 도움
UNIST(총장 정무영)는 에너지 및 화학공학부 곽상규 교수팀이 POSTECH 화학과 박수진 교수팀, 미국 북태평양 국가연구소와 공동으로 저온에서 실리콘을 합성하는 기술을 개발했다고 9일 밝혔다.
연구 결과는 세계적인 과학출판그룹인 네이처 퍼블리싱 그룹에서 발행하는 ‘커뮤니케이션스 케미스트리’ 지난 6일자에 게재됐다.
UNIST에 따르면, 현재 리튬이온 배터리의 음극 물질은 흑연이 사용되는데 전기차 등 중대형 기기를 중심으로 대용량 배터리 수요가 늘면서 흑연보다 용량이 10배 이상 큰 실리콘이 대체 음극 물질로 주목받고 있다.
자연 상태에서의 실리콘은 산소와 결합해 ‘실리카’(규소와 산소의 화학적 결합체) 등의 상태로 변형되는 것이 일반적이다. 실리카를 실리콘으로 되돌리려면 수백℃ 이상의 고온 합성 과정을 거쳐야 해 가격이 비싸고 대량 생산이 어려웠다.
곽 교수팀은 이 문제를 촉매를 이용해 해결했다. 이번 연구에서는 실리콘과 금속의 화학 반응에 금속할로젠화물 촉매를 도입해 실리콘 합성 온도를 낮췄다. 곽 교수팀은 이 현상을 원자 단위 시뮬레이션 과정으로 분석해 저온 합성 과정의 메커니즘을 규명하기도 했다.
곽상규 교수는 “금속할로젠화물을 이용한 합성법의 메커니즘을 규명함으로써 낮은 온도에서 실리콘을 형성하는 방향에 대한 이론적 근거를 제시했다”고 평가했다. 이춘봉기자