이 연구결과는 재료과학 분야의 권위있는 국제학술지인 네이처 머티리얼스 23일자 온라인판에 게재됐다.

최근에는 하이브리드 전기자동차와 지능형 로봇 등의 동력원, 신재생 에너지용 전력저장 시스템으로 주목받고 있는 리튬 2차전지는 충방전 과정에서 전극재료에 많은 열이 발생, 폭발 위험이 있는 등 안전성 향상이 해결과제가 돼 왔다.

리튬2차전지 양극재료로는 니켈과 코발트, 망간 등 전이금속이 쓰이며 니켈계 양극재료는 충전용량이 큰 대신 안전성이 떨어지고 니켈코발트망간계 재료는 안전성은 크지만 성능이 떨어지는 단점이 있다.

이번에 선 교수팀이 개발한 양극재료는 니켈계 양극재료의 높은 용량과 니켈코발트망간계 양극재료의 높은 안전성을 동시에 구현할 수 있는 '농도구배형(concentration-gradient)구조'의 재료. 이 양극재료는 입자 내부에서 외부까지 니켈과 코발트, 망간의 농도가 점차 줄거나 늘어나는 등 연속적인 전이금속 농도분포를 갖고 있다.

중심에는 충전용량이 큰 니켈계 재료가 있고 그 주변을 외부로 나갈수록 니켈 농도가 줄어들어 열안정성이 큰 니켈코발트망간계 재료가 둘러싸고 있다.

선 교수는 "이 양극재료는 내부입자의 고용량 특성과 외부입자의 고안전성 특성을 동시에 구현했다"며 "입자 내부에서 외부로의 급격한 농도 차이로 인해 생기는 저항도 줄일 수 있어 전지 수명특성도 한층 향상시킬 수 있다"고 말했다.

또 그는 "앞으로 연료전지와 태양전지 등 차세대 에너지 시스템의 전극 소재 개발에 새로운 방향을 제시할 것"이라고 덧붙였다.