화공생명공학과 류재건 교수 연구팀은 고려대 곽상규 교수, 포항공과대학교 박수진 교수 연구팀과 공동연구를 통해 저온 환경에서 실리콘을 합성할 수 있는 합성 메커니즘을 규명했다.

 

 

 

차세대 전지의 주요 소재 중 전지의 고에너지화와 고속충전특성이라는 두 마리 토끼를 한번에 잡을 수 있는 실리콘 음극의 중요성이 부각되고 있다. 하지만 현재 상용화된 고에너지용 음극은 값비싼 나노 실리콘을 사용하거나 대기 폭발성의 모노실란(SiH₄)에 기반하여 그 활용도가 떨어진다. 한편, 금속열치환법(metallothermic reduction)을 활용하여 모래(SiO₂)에서 고순도의 나노 실리콘 소재를 개발하는 연구가 있으나 마그네슘 (Mg)의 녹는점인 650도 이상에서만 합성이 가능하며, 과량의 발열 반응으로 대량 생산화에 어려움이 있다.

이번 연구에서 제안한 저온금속열환원법에 기반하면 합성 온도를 획기적으로 낮출 수 있다. 더불어 금속의 종류에 상관없이 클러스터(cluster) 형성만 가능하면 환원 자발성을 가질 수 있다는 것을 밝혀냈다. 추후 고도화 작업을 통해 저에너지형 실리콘 합성 기술을 정립함으로써 퓨어실리콘(Pure Silicon) 음극재의 상용화에 기여할 것으로 기대된다.

 

본 연구 결과는 재료 분야의 국제 학술지인 Advanced Science (Impact Factor: 14.3)에 게재되었다.

 

연구실 홈페이지: https://sites.google.com/view/jryugroup

논문링크: https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/advs.202412239