차세대 배터리, ‘12분 만에 충전 완료’…수명저하·화재 위험 동시 해결 작성일 02-24 38 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">최남순 KAIST 교수팀, 리튬금속 배터리 ‘덴드라이트’ 억제<br>전해질에 ‘티오펜’ 첨가해 보호막 형성..리튬이온 통로 만들어줘<br>전기차 고속충전, 고출력 주행 등 고전류서 초고속 충전 구현</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="pwrntIztlC"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="16b3adb6c17f1a729bb2624be39cd7e8712a73422877f144b75b22746ff92467" dmcf-pid="UF3vxuLxSI" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="KAIST가 리튬금속 배터리 전해질에 ‘티오펜’을 첨가해 수명 저하 문제를 해결한 기술을 AI로 생성한 이미지. KAIST 제공." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202602/24/dt/20260224134307202vhtp.jpg" data-org-width="640" dmcf-mid="3J3vxuLxyl" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202602/24/dt/20260224134307202vhtp.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> KAIST가 리튬금속 배터리 전해질에 ‘티오펜’을 첨가해 수명 저하 문제를 해결한 기술을 AI로 생성한 이미지. KAIST 제공. </figcaption> </figure> <p contents-hash="fff393b58a030c4dc96fef5b92946e44f81ef1981e6327e1de80bdb6bb303263" dmcf-pid="u30TM7oMyO" dmcf-ptype="general"><br> 국내 연구진이 차세대 배터리로 주목받는 리튬금속 배터리의 최대 걸림돌인 수명 저하와 화재 위험을 동시에 해결할 수 있는 기술을 개발했다. 배터리 전해질에 첨가제를 넣어 리튬이온이 통과할 수 있는 통로를 만들어 배터리 수명 단축의 원인을 제거한 것이다.</p> <p contents-hash="45b6f740bc20f8b89edd0fef83b1e492f992de42a15740ccfe03c25e9624d0d2" dmcf-pid="70pyRzgRCs" dmcf-ptype="general">앞으로 초장거리 전기차뿐 아니라 도심 항공 모빌리티(UAM), 차세대 고밀도 에너지저장시스템 등 고성능 배터리가 필요한 다양한 산업 분야에 활용할 수 있을 전망이다.</p> <p contents-hash="2e9b4c31f3cacc3c2ff433e45e226ee447f3b840078c5093fa1045ea77122b0b" dmcf-pid="zpUWeqaeSm" dmcf-ptype="general">KAIST는 최남순 생명화학공학과 교수와 홍승범 신소재공학과 교수, 곽상규 고려대 교수팀이 공동으로 리튬금속 배터리의 가장 큰 난제인 ‘계면 불안정성’을 전자 구조 수준에서 해결하는 기술을 개발했다고 24일 밝혔다.</p> <p contents-hash="cdc7a59bc9cd17ebe5cca92461ef16ca5d283e6eda62c5e5caaffc9ac3e27565" dmcf-pid="qUuYdBNdWr" dmcf-ptype="general">리튬금속전지는 흑연 대신 리튬금속을 음극으로 사용하는 차세대 이차전지다. 기존 흑연 음극의 리튬이온전지보다 이론적으로 10배 많은 전기를 저장할 수 있어 전고체전지, 리튬-황전지 등 고에너지밀도 이차전지 핵심소재로 주목받고 있다.</p> <p contents-hash="ba6aff32af359afc2eb34c3a26c358f003eca19623c22bcdebce3b9157862554" dmcf-pid="Bu7GJbjJWw" dmcf-ptype="general">계면 불안정성은 배터리 충·방전 과정에서 전극과 전해질이 맞닿는 경계면이 고르게 유지되지 못하는 현상이다. 이 때문에 금속 리튬이 나뭇가지 모양으로 성장하는 ‘덴드라이트’ 현상이 생겨 배터리 수명이 떨어지고, 셀 단락과 관련된 열폭주로 인해 화재·폭발 위험으로 이어질 수 있다.</p> <p contents-hash="6f0bcf58166258fe55f21420eeec6fdb6e560e92962e09bee1320a277289e837" dmcf-pid="b7zHiKAilD" dmcf-ptype="general">연구팀은 배터리 전해질에 유기화합물인 ‘티오펜’을 첨가해 전극 표면에 리튬 이온이 안정적으로 이동할 수 있는 보호막을 구현했다. 마치 교통량에 따라 차로를 조정하는 것처럼, 리튬 이온이 이동할 때마다 보호막 내부의 전하 분포가 유연하게 변하며 최적의 통로를 만들어 준다.</p> <p contents-hash="d45f342f645643c3500e332c7935372142febcec7d7f8d6fd64d7d7e1f5592db" dmcf-pid="KzqXn9cnhE" dmcf-ptype="general">연구팀은 전자의 움직임을 다루는 밀도범함수이론(DFT) 시뮬레이션을 통해 이같은 원리를 규명하고, 기존 상용 첨가제보다 티오펜의 안정성이 훨씬 뛰어남을 확인했다.</p> <p contents-hash="b41644ece8c5fa334f5e29f773d9073543dd39cf44ec4f1dc9d91706e3ff4fa2" dmcf-pid="9qBZL2kLvk" dmcf-ptype="general">성능 실험 결과, 티오펜 첨가 전해질을 적용한 리튬금속 배터리는 고속 충전 환경에서도 덴드라이트 성장을 억제하고, 배터리 수명을 크게 늘렸다.</p> <p contents-hash="0093fdf0ad38c27c24bfa7464cf6ef1a57f9e2996a5667d23b43242a56fa4b3d" dmcf-pid="2Bb5oVEoWc" dmcf-ptype="general">또 실시간 원자간력 현미경(AFM)으로 배터리 내부를 관찰한 결과, 높은 전류 조건에서도 리튬이 표면에 균일하게 쌓이고 제거되는 것을 확인했다.</p> <p contents-hash="b31b86e770a70621c32cb0408a86365520f9c0a2e8bd88459d6783f9c651fb72" dmcf-pid="VbK1gfDgyA" dmcf-ptype="general">리튬금속 배터리 상용화의 최대 걸림돌인 12분 내 빠른 충전과 ㎠당 8㎃ 이상의 고전류 구동을 동시에 구현해 충전 저하 문제를 해결할 수 있는 돌파구를 제시했다는 점에서 의미가 크다고 연구팀은 강조했다.</p> <p contents-hash="434634316fd1b5755504b9f611a813852322229f950577fb6afd324989257054" dmcf-pid="fK9ta4wayj" dmcf-ptype="general">이 기술은 리튬인산철, 리튬 코발트 산화물 등 널리 쓰이는 다양한 배터리 양극 소재에 적용할 수 있어 기존 전기차 배터리 시스템에 폭넓게 적용할 수 있을 것으로 기대된다.</p> <p contents-hash="7067e244b943d1d7efdb67c8d4d3927e3d73677159977075776a6037841b9b3a" dmcf-pid="4F3vxuLxWN" dmcf-ptype="general">최남순 KAIST 교수는 “단순한 소재 개선이 아닌 전자 구조를 설계해 배터리의 근본 문제를 해결한 성과”라며 “고속 충전과 긴 수명을 동시에 구현하는 차세대 전기차 배터리의 핵심 기반 기술로 쓰일 것”이라고 말했다.</p> <p contents-hash="73b0543d0390b5685d1dbbd6aa2dd3a2ab4c8b3136438228815496f6bf5a2dc8" dmcf-pid="830TM7oMva" dmcf-ptype="general">연구결과는 재료·에너지 분야 국제 학술지 ‘인포맷’ 지난 2일자에 실렸다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="6b743a9dd1b76c4874dd3ce4a4d5bcb048d92ca6eeb953fec671eaeb39b565b3" dmcf-pid="60pyRzgRhg" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="티오펜 첨가제의 전자 구조 설계 및 지능형 고체 전해질 계면층의 극성 전환 메커니즘 개념도. KAIST 제공." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202602/24/dt/20260224134308492frvx.jpg" data-org-width="640" dmcf-mid="0cjxYEFYTh" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202602/24/dt/20260224134308492frvx.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 티오펜 첨가제의 전자 구조 설계 및 지능형 고체 전해질 계면층의 극성 전환 메커니즘 개념도. KAIST 제공. </figcaption> </figure> <p contents-hash="f00d3a2c2477acb45f92a47288e1412d5a0eeceb19eb681a659f593f2aa52457" dmcf-pid="PpUWeqaeTo" dmcf-ptype="general"><br> 이준기 기자 bongchu@dt.co.kr</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 디지털타임스. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 세븐틴 도겸X승관, 5월 '서재페' 무대 오른다 02-24 다음 AI가 프로젝트를 설계한다…플로우, 협업툴 역할 바꾼 ‘국내 최초’ 시도 주목 02-24 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
