신소재·혁신공정 도입···韓 연구진, 배터리 수명연장 기술 속속 개발

작성일 08-20

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div>  <strong class="summary_view" data-translation="true">포항공대·중앙대 연구팀 개발<br>배터리 내부 변형 막는 기술 등<br>세계적 학술지에 잇따라 실려</strong> 
        <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> 
         <section dmcf-sid="X5QgSBYcCI">
          <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="d9feb282f754a42b7df9c544dc570bc0edfcbffed2e024e2afdb005b8c8b645e" dmcf-pid="Z1xavbGkSO" dmcf-ptype="figure">
           <p class="link_figure"><img class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202508/20/seouleconomy/20250820173730543niid.jpg" data-org-width="637" dmcf-mid="Hj78AXwMlC" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202508/20/seouleconomy/20250820173730543niid.jpg" width="658"></p>
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          <div contents-hash="9082050235927ee0eea0d7893c38b65a9014dcaf584f2182494b52691be026d6" dmcf-pid="5tMNTKHECs" dmcf-ptype="general">
            [서울경제] 
           <p>배터리 수명 연장은 전기차 대중화를 위한 핵심 과제로 꼽힌다. 국내 학계에서는 차별화된 기술을 선보이며 전 세계 화학계의 주목을 받고 있다. 기존에 쓰이지 않던 소재를 적용하거나 혁신적인 공정을 도입해 배터리 작동 중에도 내부 원자들의 안정된 구조를 유지하도록 한 것이다.</p>
          </div>
          <p contents-hash="fb2bcb657c125e880e4be88b5e19bd77a819fb1b63a2e05f2c97184642cd3c25" dmcf-pid="1WVdsplolm" dmcf-ptype="general">20일 학계에 따르면 조창진 포항공대(포스텍) 배터리공학과 교수, 윤성훈 중앙대 융합공학부 교수 연구팀이 개발한 양극재 기술이 이달 초 재료과학 국제 학술지 ‘머티리얼즈투데이’에 게재됐다.</p>
          <p contents-hash="fd6c28d376c83952deb33bb47f44cae97f56ce35a7d7cee9d4f86e67180c82c0" dmcf-pid="tYfJOUSgWr" dmcf-ptype="general">이번에 연구한 기술은 배터리 내부 변형을 막을 수 있는 새로운 원소 도입이 핵심이다. 유기 계면활성제를 활용한 새로운 합성법을 통해 지르코늄 이온을 양극재의 가장 작은 입자 내부까지 고르게 퍼지게 하는 것이다. 배터리는 충전과 방전을 반복할수록 내부 원자의 배열된 구조가 틀어지면서 작은 균열이 생기고 결국 전체 구조가 손상되는 ‘c-축 격자 왜곡’ 현상이 발생한다. 조 교수는 “기존 2차전지는 내부 리튬이온이 충·방전 과정에서 이동할 때 부피 변화가 나타나고 장기적으로 수명을 갉아먹게 된다”면서 “니켈·코발트·망간으로 구성된 구조에 소량의 지르코늄을 섞어 구조가 변하지 않도록 기술을 개발했다”고 설명했다. 유기 계면활성제가 요리할 때 기름과 물을 섞는 유화제처럼 섞이기 어려운 성분들을 고르게 섞어주는 역할을 한 셈이다.</p>
          <p contents-hash="0dfb339a490b92e03cdc1e874e0dc342ab939122b98a560850c33aba7cd272f6" dmcf-pid="FG4iIuvaSw" dmcf-ptype="general">실험 결과 100번의 충·방전 후에도 98.6%의 용량을 유지했고 500번을 반복해도 94.2%의 성능을 보였다. 이는 코발트가 없는 하이니켈 소재보다 5배 이상 수명이 길어진 기록이다. 조 교수는 “이번 기술은 고가의 코발트를 사용하지 않으면서도 안정적으로 작동하는 차세대 양극재 개발에 새로운 방향을 제시한다”며 “국산 전기차 배터리 소재의 경쟁력을 높이는 데 도움이 될 것”이라고 강조했다.</p>
          <p contents-hash="410de692ac99a7fd0af7a44a3a318be44ca430e3f3c7b7edd0dd82dc680c1605" dmcf-pid="3H8nC7TNCD" dmcf-ptype="general">이뿐만이 아니다. 이현욱 울산과학기술원(UNIST) 교수와 로드니 루오프 기초과학연구원(IBS) 교수, 진성환 강원대 교수 공동 연구팀은 미국 로스앤젤레스캘리포니아대(UCLA)와 하이니켈 양극재의 미세구조 결함을 제어할 수 있는 기술을 개발했다. 해당 기술은 수 초 이내 고온에 도달할 수 있는 급속 줄 가열 공정(rapid line heating process)을 통해 열 안정성이 낮은 소재 한계를 보완한 것이다. 급속 줄 가열 공정이란 전기를 흘려 재료 자체를 순식간에 고온으로 가열하는 방식이다. 이를 통해 입자들이 뭉쳐 하나의 큰 덩어리로 성장하는 것이 아니라 작은 입자들이 치밀하게 응집되도록 유도함으로써 비정상적인 입자 성장과 기공 형성을 억제할 수 있다. 하이니켈 양극재의 미세구조 결함을 정밀하게 제어함으로써 수명과 기계적 안정성을 크게 높인 것이다. 이번 연구는 4일 국제학술지 어드밴스트머티리얼즈에 게재됐다.</p>
          <p contents-hash="b7fb540f424e2a361c03d34b6b7f3d71da7c207fc5e784b2cd21da334eb12531" dmcf-pid="0X6LhzyjvE" dmcf-ptype="general">‘꿈의 배터리’로 불리는 전고체 배터리의 수명을 개선하는 기술도 눈에 띈다. 한국전자기술연구원(KETI)은 LG에너지솔루션과의 기술 협력을 통해 전고체 전지에 적용할 수 있는 불화마그네슘 기반의 신규 석출형 음극 기술을 지난해 말 개발했다. 해당 연구 성과는 에너지 분야의 세계적인 학술지인 어드밴스트에너지머티리얼즈에 게재되고 전면 표지 논문으로 선정되는 성과를 이뤘다.</p>
          <div contents-hash="943d492b6d9d77a0845b57d11a216b3f9cb2f46650e0785160fe1148c845cb28" dmcf-pid="pZPolqWASk" dmcf-ptype="general">
           <p>불화마그네슘은 마그네슘 이온과 불소 이온이 결합한 물질이다. 현재 배터리 기업들이 상용화하려는 전고체 배터리는 통상 은과 탄소를 활용한 음극 기반 기술이다. 하지만 은이 고가의 원자재인 탓에 이를 대체할 소재로 마그네슘이 도입됐다. 마그네슘은 은과 마찬가지로 리튬 금속과 고용체를 형성할 수 있는 물질로 알려져 있다. 연구진은 전극 내에 균일하게 분포된 마그네슘 불화물이 배터리 작동 중 마그네슘 합금을 구성해 음극에서 리튬 이온의 활발한 이동을 돕는다는 것을 확인했다.</p> 김기혁 기자 coldmetal@sedaily.com
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