도호쿠대, 공유결합 풀러렌 프레임워크로 안전·장수명·고출력 탄소 음극 소재 개발

도호쿠 대학교 연구진이 마그네슘으로 공유결합된 풀러렌 골격(Mg₄C₆₀)을 합성해, 흑연 음극의 한계인 느린 충전 속도와 리튬 석출 안전 문제를 근본적으로 해결할 차세대 탄소 음극 소재를 제시했습니다. 연구는 Advanced Materials 등에 발표됐습니다.

풀러렌 안정성 문제, 공유결합으로 돌파

풀러렌(C₆₀)은 리튬 저장 용량이 크지만 구조 붕괴와 활물질 손실로 배터리 적용이 어려웠습니다. 연구팀은 Mg 원자로 C₆₀ 분자들을 공유결합으로 연결해 층상 구조를 만들었고, 이 프레임워크가 충방전 시 부피 변화 없이 리튬을 안정적으로 저장함을 확인했습니다.

Mg₄C₆₀은 기존 풀러렌과 달리 반복 사이클링에도 구조가 유지되며, 리튬 이온 확산 경로가 확보돼 고속 충전에 적합합니다. 이는 전기차 안전성 향상, 전자기기 수명 연장, 재생에너지 저장 신뢰성 제고로 이어질 전망입니다.

하오 리(Hao Li) 석좌교수팀은 이 공유결합 전략을 다양한 풀러렌·탄소 골격으로 확장해 고속 충전용 고안정성 음극 소재군을 구축할 계획입니다. 산업체 협력으로 대량 생산성과 실전지 적용성도 검증 중입니다.

자세한 내용은 Hao Li(hao.li@tohoku.ac.jp)에게 문의하세요.

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