차세대 배터리 '리튬메탈전지'…화재 위험↓ 작성일 11-04 45 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">국내 연구팀, 상온에서도 작동하는 차세대 고체 전해질 개발</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="FZcRausASo"> <p contents-hash="b0c133f151513627e12bd3964a1cff476fbfb5863e3b3c9920c22763a6b99311" dmcf-pid="35keN7OcvL" dmcf-ptype="general">[아이뉴스24 정종오 기자] 리튬메탈전지는 기존 리튬이온전지를 대체할 차세대 고에너지 전지로 주목받고 있다.</p> <p contents-hash="0fdf6871c439996e0c67d6b89aab3f60bc0ad247f1045c984c6e4b10e2e70d03" dmcf-pid="01EdjzIkWn" dmcf-ptype="general">문제는 불이 잘 붙는 액체 전해질을 사용할 경우 화재 위험이 높아 상용화가 어려웠다. 이를 해결하기 위한 대안으로 유연성을 가진 ‘유기 고체 전해질’이 제시됐는데 상온에서 리튬 이온의 전달 속도가 느려 실용화에 한계가 있었다.</p> <p contents-hash="e9a66aee2a32891c7df543d3ec6c428065b17b8264e71744da69e7add6774626" dmcf-pid="ptDJAqCECi" dmcf-ptype="general">국내 연구팀이 리튬 이온 이동성을 100배 높이고 상온에서 작동하는 고체 전해질을 개발하는데 성공했다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="66841602cb7cc2b704f819f147192711049cec895057bd7394521d17d7af9d70" dmcf-pid="UFwicBhDvJ" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="KAIST 화학과 변혜령 교수, 최락현 석박통합과정(KAIST), 서울대 손창윤 교수(왼쪽부터). [사진=KAIST]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202511/04/inews24/20251104105147770usdn.jpg" data-org-width="580" dmcf-mid="tKnfe5AiTg" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202511/04/inews24/20251104105147770usdn.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> KAIST 화학과 변혜령 교수, 최락현 석박통합과정(KAIST), 서울대 손창윤 교수(왼쪽부터). [사진=KAIST] </figcaption> </figure> <p contents-hash="4d036f3e5f8bce50b1dc2a84220533e31dd8c70f8405f2ca22982a232399ab5d" dmcf-pid="u3rnkblwSd" dmcf-ptype="general">한국과학기술원(KAIST, 총장 이광형)은 화학과 변혜령 교수 연구팀이 서울대 손창윤 교수팀과 공동으로 상온에서도 안정적으로 작동하는 새로운 유기 고체 전해질 필름을 개발했다고 4일 발표했다.</p> <p contents-hash="87ef658a9f649c5b0d2e1be1be99684cc0b617c3c6f7694b9746fccd38829a70" dmcf-pid="7yo8JtkLhe" dmcf-ptype="general">연구팀은 구멍이 일정하게 배열된 다공성 구조의 ‘공유결합유기골격구조체(COF, Covalent Organic Framework)’라는 신소재를 이용해 머리카락 굵기의</p> <p contents-hash="bb32a94df290201919f0a79cc0b3fa052f105fb8871087266f7d102ea5471263" dmcf-pid="zWg6iFEoCR" dmcf-ptype="general">약 5분의 1 수준(두께 약 20μm)의 고체 전해질을 제작했다.</p> <p contents-hash="d5f7c0c0982404ee753f11fe63198f3262f578bb38b0e79d7a29be0c8efad002" dmcf-pid="qYaPn3DgCM" dmcf-ptype="general">이번에 개발된 COF 전해질은 2025년 노벨화학상을 수상한 금속유기골격체(MOF, Metal Organic Framework)와 유사한 다공성 결정성 구조를 가지는데 전지 구동 환경에서 화학적 안정성이 크게 향상된 점이 특징이다.</p> <p contents-hash="971d4061887dda224ed86d78e1612d3c5a8066ca0b1998979832e9e8b7247652" dmcf-pid="BGNQL0waTx" dmcf-ptype="general">연구팀은 리튬 이온을 전달하는 기능기를 일정한 간격으로 정교하게 배치했다. 기존에는 높은 온도에서만 이동하던 리튬 이온이 실온에서도 기능기를 따라 빠르게 이동할 수 있도록 설계했다. 이를 통해 리튬 이온의 이동 경로를 분자 수준에서 정밀하게 제어할 수 있는 고체 전해질 구조를 구현했다.</p> <p contents-hash="b1fb3858a168277a5cfd56874cb27cf2ebf8fa105a4aa45799752304140485d9" dmcf-pid="bHjxoprNvQ" dmcf-ptype="general">연구팀은 리튬 이온이 쉽게 떨어져 나오고(해리) 이동할 수 있도록 ‘이중 설폰산화 기능기’를 나노 기공에 도입했다. 리튬 이온이 가장 짧은 직선 경로를 따라 빠르게 이동할 수 있는 통로를 만들었다.</p> <p contents-hash="67dcb98eafec957e45985a9c1fcc94fe5092a7ace9c85e7e7c55a6e639bc4fb9" dmcf-pid="KXAMgUmjyP" dmcf-ptype="general">분자동역학(MD) 시뮬레이션 결과, 이러한 구조는 리튬 이온이 움직이기 위해 필요한 에너지를 낮춰 적은 에너지로도 빠르게 이동할 수 있어 실온에서도 안정적으로 작동함을 확인했다.</p> <p contents-hash="db09f82bb6ce5c3058b091947b01c0bb7dce55a217dec4deef16c1d1a8feaa25" dmcf-pid="9ZcRausAS6" dmcf-ptype="general">이번에 만든 전해질 필름은 스스로 가지런히 배열되는 ‘자가조립(Self-assembly)’ 방식으로 만들어져 표면이 매우 매끄럽고 구조가 균일하다. 덕분에 리튬 금속 전극에 빈틈 없이 잘 달라붙어 이온이 전극 사이를 오갈 때 더 안정적으로 이동할 수 있다.</p> <p contents-hash="cf6ebc9e50192a2be43d07708ba5277a176d6f27a37624dd5b9b4fc69a4f5b26" dmcf-pid="25keN7OcW8" dmcf-ptype="general">그 결과 개발된 전해질은 기존 유기계 고체전해질보다 리튬 이온 이동 속도가 10~100배 이상 빠른 것으로 나타났다. 이를 리튬메탈 기반 리튬인산철(LiFePO₄) 전지에 적용한 결과 300회 이상 충·방전을 반복한 후에도 초기 용량의 95% 이상을 유지했다. 에너지 손실이 거의 없는 높은 안정성(쿨롱 효율 99.999%)을 입증했다.</p> <p contents-hash="dfa797640e1ef7724fbe1ba3b4a221bdbbedac88f5422651b34edf5023c373b8" dmcf-pid="V1EdjzIkC4" dmcf-ptype="general">변혜령 교수는 “이번 연구는 실온에서도 빠른 리튬 이온 이동이 가능한 유기 고체전해질을 구현해 리튬메탈전지의 상용화에 한 걸음을 앞당긴 성과”라며 “무기 고체전해질과 하이브리드 형태로 결합할 경우 계면 안정성 문제를 개선할 수 있을 것”이라고 말했다.</p> <p contents-hash="ccde6f8a8b75c41314b353fb1cfe457f05242c176f31eb5103014edb4b9b4196" dmcf-pid="ftDJAqCEvf" dmcf-ptype="general">이번 연구의 제1저자는 KAIST 화학과 최락현 대학원생이며, 연구 결과(논문명: Room-Temperature Single Li⁺ Ion Conducting Organic Solid-State Electrolyte with 10⁻⁴ S cm⁻¹ Conductivity for Lithium Metal Batteries)는 국제학술지 Advanced Energy Materials(2025년 10월 5일자)에 실렸다.</p> <address contents-hash="7a0e67da8ef25f3cc0924a36f89f056a6459231cb45daca6326525f975d55bdf" dmcf-pid="4KTEhQZvlV" dmcf-ptype="general">/정종오 기자<span>(ikokid@inews24.com)</span> </address> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 아이뉴스24. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 '프로보노' 정경호, 법정이 무대…법조계 이슈 메이커의 등장 11-04 다음 "영어가 바로 들리네"…애플, 한국어도 '실시간 번역' 지원 11-04 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
