포스텍, 코발트·철 공동 도핑으로 촉매 전자구조 정밀 제어 기술 개발 작성일 07-13 7 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="BKvtdSCEsh"> <p contents-hash="9d55c539b830cc4a928847830f1c91d0f81a6da6506970a7ab54bac19e8edcd9" dmcf-pid="bpmW8rEorC" dmcf-ptype="general">전기차 주행거리를 늘릴 차세대 배터리로 주목받는 리튬-황 전지 문제는 충전과 방전을 반복할수록 성능이 빠르게 떨어진다는 점이다.</p> <p contents-hash="0ab37e99af9f429dfc08bac6e107590e3420ee05ade7e0d32ab9d74af378f76f" dmcf-pid="KUsY6mDgmI" dmcf-ptype="general">포스텍(POSTECH) 연구진이 배터리 안에 들어가는 촉매의 '전자 구조'를 정교하게 조절, 리튬-황 전지의 반응 속도는 높이고 수명을 갉아먹던 고질적인 문제는 억제하는 기술을 개발했다.<br></p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="1feac66420e9b8c437a2bb74d25db3e09fdb9efb0ebc6d934c21e0bab3ff8b7e" dmcf-pid="9uOGPswaDO" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="김원배 포스텍 교수(왼쪽)와 통합과정 지준혁 씨" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202607/13/etimesi/20260713083351762rzxj.jpg" data-org-width="700" dmcf-mid="7Au4mU3GOv" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202607/13/etimesi/20260713083351762rzxj.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 김원배 포스텍 교수(왼쪽)와 통합과정 지준혁 씨 </figcaption> </figure> <p contents-hash="16873a112a8aa41bd7a47c901299d07fa64b040ba85577f2cb565be8ab0630cc" dmcf-pid="27IHQOrNrs" dmcf-ptype="general">김원배 포스텍 화학공학과·친환경소재대학원 배터리공학과 교수와 화학공학과 통합과정 지준혁 씨 연구팀이 수행한 이번 연구 결과는 재료과학 분야 학술지인 '어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)에 게재됐다.</p> <p contents-hash="657f393bdc91f4372fb368c81b7f4a467a5081d8166e9f216ebddd8ed680d860" dmcf-pid="VzCXxImjEm" dmcf-ptype="general">리튬-황 전지는 상용화된 리튬이온전지보다 훨씬 많은 에너지를 저장할 수 있어, 전기차와 대용량 에너지저장장치를 이끌어갈 차세대 주자로 꼽혀 왔다. 문제는 충방전을 반복하는 동안 만들어지는 중간물질인 '리튬 폴리설파이드(Li2S)'다.</p> <p contents-hash="708e9629cc1dd7d7d2316c1be6cb40f2324ebbff0e1456f9c13171fc8ec9beda" dmcf-pid="fqhZMCsADr" dmcf-ptype="general">이 물질이 전해액 속을 둥둥 떠다니며 양극과 음극 사이를 제멋대로 오가는 '셔틀 효과(Shuttle Effect)' 현상이 발생하는데, 정해진 노선만 오가야 할 셔틀버스가 갑자기 아무 데나 들쑤시고 다니는 것과 같다. 그로 인해 전기를 만드는 데 써야 할 활성 물질이 새어나가고, 배터리 수명은 빠르게 줄었다. 게다가 황은 전기가 잘 안 통해 반응 속도가 느리다는 점도 상용화의 발목을 잡아 왔다.</p> <p contents-hash="ddedefc55b6257d64a92ee472b3fbf938f05afcd6740cab63a5708dce8291393" dmcf-pid="4Bl5RhOcmw" dmcf-ptype="general">연구팀은 촉매 '전자 구조'에서 이 셔틀을 노선안에 얌전히 붙잡아 둘 방법을 찾았다. 기존 이황화몰리브덴(MoS₂) 촉매에서 몰리브덴 일부를 코발트(Co)와 철(Fe)로 동시에 바꿔 넣는 '공동 도핑' 방식을 적용한 것이다</p> <p contents-hash="7c6d28197fe9aa62e56db64c5592bb2f1eceb9496d14e62b8f218e82c7afed54" dmcf-pid="8bS1elIkED" dmcf-ptype="general">두 금속을 함께 넣자, 촉매 내부 전자 분포가 재배열되면서 리튬 폴리설파이드와 촉매가 서로 붙잡는 힘이 딱 적절한 상태가 만들어졌다. 너무 세게 붙잡으면 반응이 굼떠지고, 너무 약하게 붙잡으면 셔틀 효과를 막을 수 없는데, 그 균형점을 찾아낸 셈이다. 덕분에 황의 반응은 빨라지고, 전자와 리튬 이온이 원활하게 이동하면서 배터리 효율과 수명이 향상됐다.<br></p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="046ef6e41905165692b3fd72b6feddd668b7c3efa66399356254597130995268" dmcf-pid="6KvtdSCErE" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="차세대 리튬-황 전지의 성능과 수명을 향상시키는 신규 촉매(CoFe-MoS2)의 작동 원리 모식도" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202607/13/etimesi/20260713083353048kdpa.jpg" data-org-width="539" dmcf-mid="qil5RhOcOl" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202607/13/etimesi/20260713083353048kdpa.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 차세대 리튬-황 전지의 성능과 수명을 향상시키는 신규 촉매(CoFe-MoS2)의 작동 원리 모식도 </figcaption> </figure> <p contents-hash="6c9bf439849dc17f067eb628f4be58269a37a7573f377cbc7b43bf98031d2535" dmcf-pid="P9TFJvhDrk" dmcf-ptype="general">결과는 기대 이상이었다. 연구팀이 만든 촉매를 적용한 리튬-황 전지는 고속 충방전 조건(10C)에서 2000번 충·방전을 거치는 동안 사이클당 용량 감소율이 0.024%에 그쳤다. 특히, 높은 황 함량과 적은 전해액 등 실제 배터리와 비슷한 조건에서도 우수한 성능을 유지해, 상용화 가능성도 확인했다.</p> <p contents-hash="f99b4a347ca94be93a458c593c2ca0bd9a749163a45178315c85e78c5a024293" dmcf-pid="Q2y3iTlwwc" dmcf-ptype="general">김원배 교수는 “촉매의 전자 구조를 원자 수준에서 정밀하게 설계하면 배터리 충방전 성능과 수명을 동시에 끌어올릴 수 있다는 것을 증명했다”라며, “고성능 리튬-황 전지를 위한 새로운 촉매 설계 기준을 제시한 만큼 차세대 에너지저장 장치의 상용화를 앞당기는 데 기여할 것”이라고 했다.</p> <p contents-hash="09685385da0c99ccb5a4deb2e3c83b2516d1a0c42ba22107f6061e7906c2870e" dmcf-pid="xVW0nySrEA" dmcf-ptype="general">한편, 이 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 선도연구센터, 과학기술정보통신부 중견연구사업, 산업통상자원부 배터리 특성화대학원 사업 지원으로 수행됐다.</p> <p contents-hash="4cad68b4bf0592d831db2d15fdbb663b80caae04a5c3a6b27d8174ad5e468beb" dmcf-pid="yIMN5x6bOj" dmcf-ptype="general">포항=정재훈 기자 jhoon@etnews.com</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 전자신문. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 협력사에서 법적 공방 상대로…애플·오픈AI, ‘아이폰의 다음’ 놓고 충돌 07-13 다음 한 달여 만에 챔피언으로 돌아온 신네르 "당연한 건 없다" 07-13 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
